2017 Fiscal Year Annual Research Report
共生進化の鍵となる遺伝子水平転移：その分子プロセスの解明
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17J04887
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| Research Institution | Kyoto Prefectural University |
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Principal Investigator |
畑 貴之 京都府立大学, 生命環境科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 転写活性化 / 遺伝子水平転移 / 実験進化学 / エピゲノム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
遺伝子の水平転移は、生物の進化や多様化に大きく貢献してきた。しかし、遺伝子発現制御システムの異なる生物種間で、なぜ発現能を保った遺伝子転移が可能となったのだろうか。そこで本研究では、遺伝子の水平転移現象を実験的に再現することで、「転移遺伝子が転移先の核ゲノムで発現能を獲得する分子プロセスの解明」を目指す。
平成29年度は、「外来遺伝子配列の転写活性化に関与しうるゲノム領域の性質」に焦点を当て研究を進めた。まず、シロイヌナズナT87培養細胞のエピゲノム状態の基礎的情報を取得するため、H2A.Z、H3K36me3、及び、メチル化DNAの局在・分布をChIP-seq解析から網羅的に決定した。また、人為的に挿入した外来遺伝子配列の転写開始点を特定するために、Cap-Trapper法（完全長cDNA調製法）とTRIP法（分子バーコード技術）、及び次世代シーケンス技術を組み合わせ、多様な形質転換系統の個々の転写開始点を一挙に決定できる実験系の構築を試みた。解析の結果、185箇所の挿入配列の転写開始点の決定に成功した。決定した転写開始点を基準とした周辺配列解析から、外来配列の挿入に伴って、植物核ゲノム中で新たに転写開始点として利用される領域（de novo TSS）が明らかとなった。それらは、既存のタンパク質コード遺伝子と同様にRNA polymerase IIのInitiator配列（Pyrimidine/Purine）を有し、その上流にAT-rich領域も見られた。一方、de novo TSSの出現箇所と、その領域周辺の元のエピゲノム状態との間に関係は見出されなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
野生型シロイヌナズナT87培養細胞におけるエピゲノム状態の網羅的解析として、当初計画案で予定していたH2A.Z及びメチル化DNAの局在解析に加え、H3K36me3についても解析を行うことができた。これにより、T87培養細胞のエピゲノム状態について、特に転写領域において多層的情報を得ることができた。また、挿入配列の転写開始点、及びその周辺の配列・エピゲノム解析から、転移遺伝子の初発的な転写活性化プロセスについて、研究開始当初の作業仮説である、「外来遺伝子挿入に伴った周辺エピゲノム状態の変化による当該ゲノム領域の転写活性化」、を強く示唆する結果が得られた。
一方、挿入配列の転写開始点解析において、当初期待していたほどの有効データ量を確保できていない。これについては複数のアプローチから系の改良を試みており、次年度中の解決を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度中に開発した手法により、挿入配列の転写開始点解析に成功したものの、解析可能なデータ数は少なく、系の改善が課題である。引き続き実験系の改良に取り組み、外来挿入配列の転写開始点について、その分布形態や強さについての包括的解析を試みる。
また、平成30年度の研究計画に従い、「外来遺伝子配列の挿入に伴ったエピゲノム状態の局所的変化解明」を目的とした、従来手法に替わる一分子エピゲノム解析法の新規開発に取り組む。これについては、当初計画案で課題とされていた実験系の取り回しの難しさを回避でき、かつ、応用面でもアドバンテージのある新規アイデアの着想に至っており、そちらの検討を進める。
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[Presentation] Molecular basis of EGT and HGT: How bacterial transgenes express in the eukaryotic genome?2017
Author(s)
Hata, T., Satoh S., Takada N., Hayakawa C., Kazama M., Uchikoba T., Tachikawa M., Matsuo M., Kushnir S., Obokata J.
Organizer
Taiwan-Japan Plant Biology 2017
Int'l Joint Research
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