2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of plant centromere formation mechanism and development of plant artificial chromosomes
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20H00473
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| Research Institution | Kazusa DNA Research Institute |
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Principal Investigator |
舛本 寛 公益財団法人かずさDNA研究所, 先端研究開発部, 室長 (70229384)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 征司 東北大学, 工学研究科, 准教授 (90343061)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | セントロメア / CENP-A / ヒト人工染色体 / 植物人工染色体 / 合成生物学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
合成DNAからなるヒト人工染色体(HAC)は、染色体分配機能に関わるセントロメアの形成機構の解明や遺伝子導入ベクターとして基礎研究から応用研究まで広く利用されている。一方、植物では、遺伝子のエピジェネティックな発現抑制がより複雑で、分子生物学解析もより困難であることから、染色体分配に関わるセントロメア形成の分子メカニズムの解明は遅れている。CENP-Aは酵母や動物細胞でセントロメア形成のエピジェネティックな鍵を握るヒストンH３のバリアントである。そこで本研究では植物セントロメアにも分布することが知られている植物CENP-A (CENH3)の集合に関わる因子を明らかにし、植物セントロメアの形成機構の解明を進める。この知見を利用し、植物細胞へ導入した合成DNA上でセントロメアを新規形成させ、植物人工染色体の構築を目指す計画である。具体的には、1）ヒト細胞を用いた植物CENP-Aの集合因子の検索、2）植物染色体異所的部位での植物CENP-Aの集合メカニズムの解明、3）反復DNAの合成と長鎖合成DNAの導入による植物人工染色体の開発、4）HACのプロトプラスト化植物細胞への導入と植物セントロメア化誘導、の４つの研究計画を進める。2021年度は、計画 2）、3）を中心に植物CENP-Aの集合に関わるいくつかの因子を植物染色体の異所的部位に結合させるための構築や、計画 4）で使用する植物細胞のプロトプラスト化の条件検討、更にこの細胞へ導入するHACへの植物選択マーカー遺伝子の挿入等についての研究を進めた。
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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
2021年度は植物代謝工学の専門家である東北大学大学院工学研究科の高橋征司准教授を分担者に招いて最新の植物遺伝子工学に関する技術協力を得たことで、目標とする計画1）、2）での成果（植物CENP-A の集合に関わる因子の特定）に加え、多様な因子を植物で発現させるための構築等に大きな成果を得ることができた。更に計画3）、4）を進めるための、植物細胞のプロトプラスト化の条件検討やこの細胞へ導入するHACへの植物マーカー遺伝子の挿入等の準備が順調に進んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
100種を超えるタンパク質の巨大複合体であるセントロメアの集合メカニズムについては、解析の進む酵母やヒト細胞でも未だに不明な点が残されている。細胞へ合成DNAを導入することによりセントロメアの機能構造を一から「作って調べる」ことができるヒト人工染色体のシステムはこのような解析にも威力を発揮する。本研究計画では、植物セントロメアの集合機構解明と植物人工染色体の開発を目指して、1）ヒト細胞を用いた植物CENP-Aの集合因子の検索、2）植物染色体異所的部位での植物CENP-Aの集合メカニズムの解明、3）反復DNAの合成と長鎖合成DNAの導入による植物人工染色体の開発、4）HACのプロトプラスト化植物細胞への導入と植物セントロメア化誘導、の４つの計画を進める。2020-2021年度は、計画1）、2）を展開し成果を得た。2022年度はこれらの成果を利用して、計画3）、4）を実施しながら合成反復DNA上での植物セントロメア化誘導と植物人工染色体の開発へとつなげる予定である。
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