コムギのNucleolar Dominanceからみた異種ゲノム調和機構の解析

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K05518
• Research Institution: Kyoto Prefectural University
• Principal Investigator: 半田 裕一 京都府立大学, 生命環境科学研究科, 教授 (20343957)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: NOR / 3’ETS配列 / 染色体特異的 / rDNA unit

Outline of Annual Research Achievements

コムギのゲノム中には、1A, 1B, 5D, 6B及び7D染色体の5本の染色体にNORが存在している。まず、それぞれのNORに特異的なrDNA unitサブタイプを見出すことを目的として、コムギ参照ゲノム配列RefSeq（https://wheat-urgi.versailles.inra.fr/Seq-Repository/Assemblies）を利用し、そこから各NORのrDNA unit中に存在する3’ETS (External transcribed sequence)配列を抽出し、3’ETS領域の染色体間配列比較を行った。その結果、今回、新規に解析対象とした1A染色体及び7D染色体から、それぞれの染色体に特異的と推定される3’ETS配列を見出し、ETS5及びETS6と命名した。
次に、これまでに同定している4つのETS配列（ETS1~ETS4）と合わせて6つのETS配列の特異性を、5つのNORをそれぞれ欠失したコムギ品種Chinese SpringのNullisomics-Tetrasomics系統を用いて、PCRにより検証した。その結果、新規3’ETS配列であるETS5及びETS6はそれぞれ1A染色体あるいはDゲノム染色体（5D及び7D）に特異的であることを明らかにした。現在、NOR欠失系統におけるrDNA unitサブタイプの存在量を定量的に把握することを目的にして3’ETS 配列をターゲットとしたqPCRを進めており、これまでに明らかになっているETS1~ETS4の情報とあわせて、コムギの5種類のNORそれぞれにおけるrDNA unitのサブタイプ構成を明らかにする基盤を整備することができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画においては、まず「コムギ参照ゲノム配列を利用し、NORが存在する1A, 1B, 5D, 6B及び7D染色体の配列からrDNA unit配列を検索し、3'ETSを検索し、その配列比較から、それぞれのNORに特異的なrDNA unitサブタイプ構成を明らかにする。」ことを第一の目的としている。本年度、新たに1A染色体及び7D染色体に特異的な3’ETS配列を見出し、５つのNORそれぞれのrDNA unitサブタイプ構成を明らかにする基盤を整備できたことから、「概ね順調に進展している」と判断した。

Strategy for Future Research Activity

研究計画で示したように、それぞれのNORに特異的なrDNA unitサブタイプ構成が明らかになったので、5種類のNORをそれぞれ欠失したコムギNullisomics-Tetrasomics系統を用いて、各NORを構成しているrDNA unitサブタイプの発現量の変動をqRT-PCRを用いて調査し、5種類のNORの有無による発現変化を通してそれぞれのNORに対するNucleolar Dominanceの実態を明らかにする段階に研究を進める。 特に、コムギにおいてメジャーなNORである1Bあるいは6B染色体が欠失した場合に、マイナーな1A, 5D及び7D染色体のNORの発現がどのように変化するか、どのようなdominanceが生じているかに注目して解析する。
次に、その結果を参照しながら、1Bあるいは6B染色体の部分欠失系統を研究材料として導入し、NOR特異的なrDNA unitサブタイプのコピー数や発現量が、染色体のどの部分の欠失とリンクしているかを明らかにする予備試験に着手する。

Causes of Carryover

世界的な半導体不足の影響でワークステーション導入が予定より遅くなり、今年度はデータ解析に多くの時間を費やしたため物品費の消費が少なかったことに加え、継続するコロナ禍の影響で学会出張等も制限されたことにより、次年度使用額が生じた。次年度はウェット実験が主体となり、学会等も対面での準備が進んでいることから、当初計画通りの使用計画になるものと見込んでいる。