2023 Fiscal Year Annual Research Report
Tracing the evolution of CAM-type photosynthesis: modification of carbon dioxide fixation of crops by genome editing
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21K19120
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
東江 栄 九州大学, 農学研究院, 教授 (50304879)
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2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | CAM / 概日リズム / ゲノム編集 / 光合成 / C3 / シスエレメント / DMS-PCR |
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| Outline of Annual Research Achievements |
C3植物にCAM光合成を付与するために、C3植物のCAM光合成関連遺伝子のシス因子をゲノム編集技術により改変し発現時間をCAM植物と同じとすることを目的とした。イネのCAM関連遺伝子PPCK（OsPPCK3）と発現パターンが類似する遺伝子群のモチーフ比較及びDMS-PCRによって転写調節因子を推定し、発現位相パターンからTCPファミリーの転写調節因子がプライム編集によって欠失させる配列であることを明らかにした。逆に入れ替える配列を同定するために、アイスプラントのPPCK遺伝子（McPPCK）と同じ発現位相を持つイネ光合成関連遺伝子OsβCAに着目し、数種イネ科植物βCAの転写開始点上流におけるモチーフ解析の結果や概日時計中心要素結合配列等を考慮して、シス因子を特定した。この情報を基にプライム編集用pegRNAを合成し一過的発現解析を行った。アイスプラントでは、DMS-PCR及び部位欠失プロモーターを用いた一過的発現解析により、発現制御部位を明らかにした。同じ発現位相を示す遺伝子、近縁種のPPCK遺伝子プロモーター領域のモチーフ解析、さらにRNA-seqによる転写調節因子遺伝子の発現解析から、CAM誘導トランス因子候補として機能する遺伝子ファミリーを特定した。他のCAM関連酵素（PEPC）遺伝子についても同様に、DMS-PCR、モチーフ解析、RNA-seq等の結果から、アイスプラントのPEPC遺伝子Ppc1のプロモーターに存在するエンハンサー領域を特定し、関与する転写調節因子のファミリー及び遺伝子を特定した。以上のように、C3植物のCAM関連遺伝子の発現調節因子を同定し、ゲノム編集によって改変すべき配列を特定した。プライム編集を行うためのベクターを作成し、プロトプラスト実験系を確立した。また、アイスプラントのC3-CAM変換に関与するシス因子および転写調節因子を同定した。
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