2018 Fiscal Year Research-status Report

イネの低窒素環境下におけるヒストンのアセチル化調節による光合成の制御

Research Project

Project/Area Number	18K05598
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	斉藤和幸九州大学, 農学研究院, 准教授 (00215534)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	イネ / Rubisco遺伝子 / 低窒素条件 / 転写制御 / ヒストン修飾
Outline of Annual Research Achievements	無窒素条件下で栽培した植物体のRubisco遺伝子の発現量は窒素を十分に与えて栽培した植物体と比較して約1/15に低下していた。この時 Rubisco遺伝子のコード領域におけるRNAポリメラーゼⅡの結合レベルは窒素を十分に与えて栽培した植物体と比較して無窒素条件下では約1/12に低下していたことから、窒素不足によるRubisco遺伝子の発現量の低下は転写レベルでの制御を伴っていることが示唆された。そこで、Rubisco遺伝子のクロマチン構造について検討した。Rubisco遺伝子のプロモーター領域およびコード領域における単位DNAサイズ当たりのヌクレオソーム量は無窒素条件下にすることにより増加した。したがって、Rubisco遺伝子は窒素レベルの低下によりクロマチン構造が凝縮するため、転写活性が低下するものと考えられる。また、転写の活性化に関わるヒストンH3のN末端より4番目のリシンのトリメチル化（H3K4me3）、9番目と14番目のリシンのアセチル化（H3K9acとH3K14ac)は、プロモーター領域およびコード領域のいずれにおいても無窒素条件下にすることによりレベルが低下した。一方、転写抑制に関わるヒストンH3のN末端より9番目のリシンのジメチル化（H3K9me2）レベルはコード領域においてのみ無窒素条件下にすることによって低下した。以上の結果より、Rubisco遺伝子は窒素レベルの低下によりクロマチン構造が凝縮すること、及び転写の活性化に関わるH3K4me3、H3K9ac並びにH3K14acレベルが低下し、転写抑制に関わるH3K9me2レベルが高まることによって転写活性が低下し、発現量が減少することが示唆された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究実施計画の通りに、Rubisco遺伝子の低窒素条件下における発現抑制がヒストンH3の修飾にともなう転写レベルで制御されていることが示めせたため。
Strategy for Future Research Activity	1. イネの核ゲノムに存在するヒストン脱アセチル化酵素遺伝子の中から窒素濃度が低下すると発現レベルが上昇するヒストン脱アセチル化酵素遺伝子を明らかにする。 2. 1.で見出したヒストン脱アセチル化酵素遺伝子について、発現量を減少させた形質転換体および発現量を増加させた形質転換体を作出し、Rubisco遺伝子のクロマチン構造、ヒストンH3テールのアセチル化レベル、転写活性、発現量および光合成能力を野生型のものと比較、検討する。 3. 光合成能力の高いハバタキ、光合成能力の低いササニシキと日本晴について、窒素濃度を変えて栽培し、穂揃い期に止葉のRubisco量、Rubisco遺伝子の発現量、Rubisco遺伝子のクロマチン構造及びヒストンH3テールの修飾レベル、光合成速度と 1.で見出したヒストン脱アセチル化酵素遺伝子の発現量との関係を比較、検討する。