Establishment of genetic modification technology using endogenous mobile elements of cereal crops

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K05966
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 山内 卓樹 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 准教授 (50726966)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 遺伝子改変 / 転移因子 / DNAメチル化 / QTL解析

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、作物のゲノム中に予め存在するトランスポゾンの転移を誘発することで遺伝子の機能を改変し、転移した位置を同定して改 変された遺伝子を同定するシステムを確立することを目指した。また、作物のトランスポゾンの転写レベルの系統間差に注目して、トランスポゾンの活性を制御する遺伝子座を同定することを目指した。
イネ科作物の１つであるソルガムの種子をDNAメチル化阻害剤で処理した個体を用いてトランスポゾンの1つであるMuDRの転写レベルを解析した結果、DNAメチル化阻害剤の濃度依存的に転写レベルが増加することや転写レベルには明確な系統間差があることを明らかにした。また、転写レベルの変化だけではなく、転写されるmRNA構造を決めるスプライシングのパターンにも変化がみられ、DNAメチル化阻害剤処理に伴うDNAメチル化レベルの低下によってトランスポゾンの転移に必要な酵素タンパク質を生み出すために必要な正しい配列を持つmRNAが増加することも明らかにした。
さらに、MuDRの転移に伴うDNAの塩基配列の変化を実生の葉において確認したところ、一部の細胞では実際に転移が起きていることが示唆された。その一方で、DNAメチル化阻害剤の処理濃度に依存して、植物体の成長阻害と稔性の低下が観察された。
以上のことから、DNAメチル化阻害剤の処理濃度や処理の時期や期間などを詳細に検討していくことが、本法による作物の遺伝子機能の改変を実現するために重要であることがわかった。