2019 Fiscal Year Annual Research Report
Analyses of epigenetic regulation of plant meiosis and intercellular communication between germ and somatic cells
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18H02181
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| Research Institution | National Institute of Genetics |
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Principal Investigator |
野々村 賢一 国立遺伝学研究所, 遺伝形質研究系, 准教授 (10291890)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 減数分裂 / 植物生殖 / small RNA / エピジェネティクス / Argonaute |
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| Outline of Annual Research Achievements |
減数分裂は、新たな遺伝子組み合わせを創出すると同時に、相同染色体間の構造・数を認識あるいは監視する機能を有する。これらの機能は、種内の遺伝的多様性を維持するとともに、種間の遺伝子交換を制限することで種の維持に大きく貢献する。減数分裂の分子機構の理解は、育種効率の向上や利用可能な遺伝資源の拡大につながると期待される。
代表者はこれまでに、日本人の主食であるイネを用い、減数分裂期の葯で特異的に生産される24塩基長のsmall RNA（24-phasiRNA）が、タペートと呼ばれる葯壁内層を構成する体細胞層で、EAT1転写因子により特異的に生産されることを明らかにした。また、24-phasiRNAの一部がタペート細胞から中央の雄性減数分裂細胞に移行する可能性を明らかにした。また、small RNAと結合して機能するArgonauteについて、当初着目していたMEL1に加え、AGO-Xもイネ減数分裂細胞で何らかの重要な機能をもつ可能性を示してきた。
今年度は、AGO-Xと結合するsmall RNAの同定のため、AGO-X抗体を特異的に認識する抗体の作成に成功した。AGO-X抗体を用いた免疫染色では、GFP融合タンパク質の局在観察と同様、AGO-Xが減数分裂染色体の広範囲に結合する様子が確認でき、AGO-X抗体の有効性が示された。次に、AGO-X抗体を用いて減数分裂期の葯の粗抽出液に対する免疫沈降、沈降画分の質量分析を行い、そして同定されたタンパク質のオントロジー解析から、翻訳やクロマチンリモデリングに関連するタンパク質など、AGO-Xとの結合が予想される多数の興味深いタンパク質を同定することができた。
また、MEL1/small RNA複合体が標的とするRNA配列を同定するため、FA-CLIP-seq法を行ない、現在データを解析中である。
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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
当初注目していたMEL1が、核で機能する可能性を示す証拠が得られず、一時は当初計画の遂行すら危ぶまれた。しかし昨年度、核機能をもつ可能性が高い別の候補であるAGO-Xが、当初の予想をはるかに上回る高いレベルの核蓄積を示したことから、今年度より研究方針を軌道修正した。その結果、AGO-X抗体の作成、それを用いたAGO-X相互作用タンパク質の解析から、AGO-Xがイネ減数分裂期に遺伝子の転写制御および転写後制御の双方に関与する可能性を示すことに成功した。また、解析途中ではあるが、MEL1が標的とするRNA配列の網羅的な洗い出しも進行中である。
研究の途中で方針を軌道修正したにもかかわらず、上記の成果を挙げることができ、イネ減数分裂期の葯で働く2つのArgonauteタンパク質について、新規の成果が得られる可能性が高まった。従って、本研究計画は概ね順調に推移していると自負する。
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| Strategy for Future Research Activity |
免疫沈降-質量分析の結果から、AGO-Xが転写制御（クロマチンリモデリングなど）および転写後制御（RNA分解、翻訳制御など）の双方に関与する可能性が示された。特に前者は、減数分裂に特異的な染色体構造・クロマチン修飾との関連が示唆されるため興味深い。減数分裂期の葯あるいは単離した減数分裂細胞を用いて、AGO-Xと結合するsmall RNAの同定や、ago-x変異体を用いた灰猿ファイトシーケンスにより、AGO-Xが標的とする染色体領域の推定を行う。また、MEL1のFA-CLIP-seqデータを解析し、MEL1が標的とするRNA配列の網羅的な同定を行う。
上記の解析から、MEL1、AGO-X、減数分裂特異的24塩基長small RNA、そしてそれらの減数分裂進行における役割の解明を目指す。
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