Development of DNA methylation-resistant promoter for long-term stable expression in horticultural plants

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21318
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
• Research Institution: Ryukoku University (2021-2022); Osaka Prefecture University (2020)
• Principal Investigator: Mishiba Kei-ichiro 龍谷大学, 農学部, 教授 (70390888)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: DNAメチル化 / 遺伝子導入 / プロモーター / リンドウ / タバコ

Outline of Final Research Achievements

This study attempted to elucidate the mechanism of the 35S promoter sequence-specific DNA methylation with the aim of developing a DNA methylation-resistant promoter that stabilises foreign gene expression in non-model plants.
Transgenic gentian and tobacco plant lines with single copies of various modified 35S promoter sequences were generated and analyzed for DNA methylation. The results confirmed the importance of 214 bases within the 35S enhancer region. Furthermore, induction of DNA methylation by loss of transcriptional activity was confirmed in tobacco, where the unmodified 35S promoter did not induce DNA methylation. These findings suggest a common mechanism of DNA methylation induction between the two species and provide an important stepping stone for the development of the DNA methylation-resistant promoter.

Free Research Field

分子育種学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

35Sプロモーターはモデル植物で広く利用されている一方で、一部の植物種では期待通りに高発現せず、一定期間後に発現が減衰することが知られている。形質転換が困難な植物種では、潜在的に選抜マーカー遺伝子のDNAメチル化による発現抑制が生じることも指摘されている。このような問題を解決するために、本研究ではDNAメチル化の遮断により遺伝子発現の減衰を防ぐ、という発想に基づいた、DNAメチル化抵抗性プロモーターの開発を目指している。本研究で得られた知見は、外来遺伝子導入における技術革新や、高等植物がウイルスなどの外来のDNA配列に対して、ゲノムの恒常性を維持するための知見獲得につながると考えている。