2018 Fiscal Year Research-status Report
イネ節間伸長を調節するジベレリン合成遺伝子における転写制御機構の解明
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18K06274
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
黒羽 剛 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (50415155)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | イネ / 洪水 / 節間伸長 / 植物ホルモン / ジベレリン / エチレン / ストレス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物は、様々な外部環境に対応して生育するため多様な環境応答機構を持っている。イネは、日長や温度等に起因する生殖成長の開始に伴い急激に節間を伸長させる。一方、浮イネと呼ばれるイネは、長期的な洪水による水没に応答して急激に節間を伸長させる。これらの節間伸長に共通して貢献する因子として、GWASおよび高密度連鎖解析の融合的解析によりジベレリン合成酵素遺伝子SD1(OsGA20ox2)を同定した。イネが水没すると別の植物ホルモンであるエチレンが蓄積することが知られている。エチレン蓄積によりエチレン情報伝達因子OsEIL1aがSD1遺伝子のプロモーターに結合し、遺伝子発現が誘導されることを発見した。このエチレン蓄積によるSD1遺伝子発現の誘導は、浮きイネにおいて特異的にみられた。また、浮きイネSD1タンパク質は強い活性を持つジベレリンの一種であるGA4を生産する酵素活性が顕著に高いことがわかった。以上より、遺伝子発現の顕著な誘導と高い酵素活性により浮きイネの節間を効率よく伸長される分子機構の一端を明らかにした。
一方、浮きイネ特異的にみられる水没およびエチレン蓄積によるSD1遺伝子発現の誘導には、浮きイネ特異的な１７個の多型が必要であることを明らかにした。また、この浮きイネ特異的な変異は、栽培イネの祖先に既に存在していたものであり、後に人類によってバングラデシュにおける浮きイネの栽培化に利用されたことも明らかにした。以上の研究成果は、平成30年度に論文として公表した。それに加え、国内外の複数の学会およびシンポジウムにおいても研究発表を行った。
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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
浮きイネ特異的なSD1遺伝子発現の深水誘導性には、SD1遺伝子のプロモーター領域とイントロン領域に存在する、浮きイネ特異的な１７個の多型が必要であることが明らかになっているが、その転写制御の詳細は不明である。先行研究から、１７個の多型が未知の転写制御因子との結合に影響を与えると予想されている。そこで本年度は深水誘導性に必要な多型の絞り込みを試みた。まず、非浮きイネあるいは浮きイネのSD1遺伝子領域を持つ系統の交雑から得られたF2 集団から選抜することで、浮イネ特異的な多型をプロモーター領域のみ（１０個）に持つ系統と、プロモーター領域の５個およびイントロン領域７個を持つ系統の取得と純化を行った。
一方、SD1遺伝子発現を制御する因子の候補タンパク質について、SD1プロモーター配列への結合性を調査した。シロイヌナズナのSD1ホモログ遺伝子において転写を抑制的に制御する因子が既に報告されている。この因子のイネホモログ遺伝子を単離し、イネプロトプラストを用いたトランジエントアッセイによってSD1プロモーターへの結合活性を評価したが、結合活性は検出されなかった。イネにおいては、シロイヌナズナとは異なる因子によって転写制御が行われていることが示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度において作成した、異なる組み合わせの浮きイネ特異的多型を持つ系統を用いて、水没およびエチレン処理への発現誘導性の比較を行う。また、CRISPR/Cas9システムにより浮きイネ特異的変異を改変した形質転換体の作成を行い、解析に有望なゲノム編集が起きた系統を選抜する。SD1遺伝子発現制御に関わる変異を絞り込むことができたら、その変異を含む領域に結合するタンパク質の道程に向けて、イネ転写因子cDNAライブラリーを用いた酵母one-hybrid screeningを行う。また先行研究により、SD1遺伝子発現を制御すると予想されるtrans-eQTLが第６染色体に検出されているので、その候補領域に存在する遺伝子についてもSD1発現制御への関与を調査する。一方で、浮きイネ特異的多型がエピジェネティックな制御に関与する可能性もあるため、その関与の検証も試みる。
また、イネプロトプラストを用いたトランジエントアッセイによって、SD1遺伝子プロモーター上の20bpの配列が、OsEIL1aによる転写活性化に必須であることが明らかになっている。この領域が植物体でのエチレンに応答したSD1遺伝子発現に必要であることを実証するため、CRISPR/Cas9システムにより転写活性化領域を改変した形質転換体を作成し、そのエチレンに応答したSD1遺伝子発現への影響を調査する。
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Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Ethylene-gibberellin signaling underlies adaptation of rice to periodic flooding2018
Author(s)
T Kuroha, K Nagai, R Gamuyao, D R Wang, T Furuta, M Nakamori, T Kitaoka, K Adachi, A Minami, Y Mori, K Mashiguchi, Y Seto, S Yamaguchi, M Kojima, H Sakakibara, J Wu, K Ebana, N Mitsuda, M Ohme-Takagi, S Yanagisawa, M Yamasaki, R Yokoyama, K Nishitani, T Mochizuki, G Tamiya, S R McCouch, and M Ashikari
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Journal Title
Science
Volume: 361
Pages: 181～186
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Time-Course Transcriptomics Analysis Reveals Key Responses of Submerged Deepwater Rice to Flooding2018
Author(s)
A Minami, K Yano, R Gamuyao, K Nagai, T Kuroha, M Ayano, M Nakamori, M Koike, Y Kondo, Y Niimi, K Kuwata, T Suzuki, T Higashiyama, Y Takebayashi, M Kojima, H Sakakibara, A Toyoda, A Fujiyama, N Kurata, M Ashikari, and S Reuscher
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Journal Title
Plant Physiology
Volume: 176
Pages: 3081～3102
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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