Analysis of translation efficiency and translation initiation site in plant light response

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K06304
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 栗原 志夫 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (60455342)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 光応答 / 翻訳変化 / 転写開始点 / 翻訳開始点 / リボソームプロファイリング

Outline of Annual Research Achievements

植物を暗所から光下に移したとき、多くの光応答遺伝子の転写開始点の位置が変化する。転写開始点の違いによって、mRNA の翻訳効率や翻訳開始点の位置が影響を受けることが示唆された。本研究では、シロイヌナズナ幼苗を暗所から青色単色光下に移したときにおこるmRNAの翻訳効率の変化とmRNA上の翻訳開始点の変化を検証することを目的とした。これまでに、リボソームプロファイリング解析を行い、青色光照射によって葉緑体関連の遺伝子や microRNA 生合成遺伝子の翻訳効率が上昇することがわかった。さらに、転写開始点依存的か非依存的に uORF による翻訳抑制が軽減される遺伝子を発見した。
Translation initiation sequencing (TI-seq) 法のために、翻訳開始点を明らかにするためにリボソームを翻訳開始点で停止することができる薬剤の植物への処方方法等を検討し、有効な方法を確立することができた。TI-seq データから翻訳開始点を抽出する計算機上での解析方法の検討を行い、多数の転写開始点に依存した翻訳開始点を確認できた。光照射による翻訳開始点の変化と転写開始点との関係を調べたところ、少なくとも3つの遺伝子で転写開始点の変化によると考えられる翻訳開始点の変化を検出できた。しかし、さらに多くの同様の変化が起ころと推測されるため、最適な解析法の構築を今後の課題とする。そのため、RibORF というスクリプトを用いて千を超える内部 ORF の予測結果を得た。今後、翻訳開始点データとの適切な照合が必要となる。
また、uORF の存在によって、翻訳開始点が飛ばされ、下流の代替翻訳開始点から翻訳が始まる遺伝子を複数同定することができた。今後、uORF を潰した場合の検証実験が必要となる。