フィールド条件で植物の高温順化を制御するゲノム・エピゲノムの機能解析

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K22431
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 山口 暢俊 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (90767899)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: 植物 / エピゲノム / 環境応答 / シロイヌナズナ / 高温応答

Outline of Annual Research Achievements

本研究では植物のエピゲノムによる遺伝子発現を中心に解析した。エピゲノム因子であるJMJが抑制的ヒストン修飾であるH3K27me3を除去することで順化し、植物が高温を受けた経験をしばらく記憶して、次の高温ストレスを受けると高い適応力を発揮することを明らかにした。小型培養器SmartGCを用いて自然界における不規則な温度変動を再構成するプラットフォームを構築した。この系を用いることで、実験室の条件だけでなく、自然界おける変動する環境においても、JMJが抑制的ヒストン修飾であるH3K27me3を除去することが高温の経験の記憶による適応力の向上に必要であることを示した。当初の予定よりも研究は進展し、上記の内容をbioRxiv(https://doi.org/10.1101/2020.05.10.086611)に公開している。現在は、Nature Communicationsにその成果を投稿し、受理されている。上記の成果だけでなく、H3K27me3の除去とH3K4me3の導入のバランスを取る仕組み、HSP40遺伝子が高温順化を制御する仕組みを発見した。さらにGWAS解析によって、高温順化に関与する可能性がある遺伝子の候補を複数見出した。遺伝子の発現や転写だけでなく、各種代謝の重要性も新たに見出した。これらの解析を進めることで、エピゲノム・転写・代謝といったイベントがどのように協調的に制御されて、最終的な高温耐性の能力が決まるかが明らかになるだろう。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ペンシルバニア大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ペンシルバニア大学
• [Int'l Joint Research] 湖南科技大学(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 湖南科技大学
• [Journal Article] One factor many systems: The floral homeotic protein AGAMOUS and its epigenetic regulatory mechanism. (2021)
  • Author(s): Pelayo, M.A., Yamaguchi, N., and Ito, T.
  • Journal Title: Current Opinion in Plant Biology Volume: 61 Pages: 102009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] TERMINAL FLOWER1-FD complex target genes and competition with FLOWERING LOCUS T. (2020)
  • Author(s): Zhu, Y., Klasfeld, S., Jeong, CW., Jin, R., Goto, K., Yamaguchi, N., and Wagner, D.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Pages: 5118
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Removal of repressive histone marks creates epigenetic memory of recurring heat in Arabidopsis. (2020)
  • Author(s): Yamaguchi, N., Matsubara, S., Yoshimizu, K., Seki, M., Hamada, K., Kamitani, M., Kurita, Y., Inagaki, S., Suzuki, T., Gan, E.-S., To, T., Kakutani, T., Nagano, A.J., Satake, A., and Ito, T.
  • Journal Title: bioRxiv Volume: - Pages: -
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] Morphological and physiological framework underlying plant longevity in Arabidopsis thaliana. (2020)
  • Author(s): Wang, Y., Kumaishi, K., Suzuki, T., Ichihashi, Y., Yamaguchi, N., Shirakawa, M., and Ito, T.
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11 Pages: 600726
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Histone demethylases coordinate the Antagonistic interaction between abscisic acid and brassinosteroid signaling in Arabidopsis. (2020)
  • Author(s): Wu, J., Yan, M., Zhang, D., Zhou, D., Yamaguchi, N., and Ito, T.
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11 Pages: 596835
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research