2014 Fiscal Year Annual Research Report
陸上植物の世代交代を制御するエピゲノム・遺伝子発現相関の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Correlative gene system: establishing next-generation genetics |
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| Project/Area Number |
26113717
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| Research Institution | National Institute for Basic Biology |
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Principal Investigator |
玉田 洋介 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 助教 (50579290)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | エピゲノム / 発生 / 遺伝子発現制御 / ライブイメージング / 植物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
陸上植物は、受精によって配偶体 (n) 世代から胞子体 (2n) 世代へと世代交代を行う。本研究では、クロマチン状態と遺伝子発現との相互作用を「エピゲノム・遺伝子発現相関」と名付け、陸上植物の世代交代を制御するエピゲノム・遺伝子発現相関を解明することを目的とする。コケ植物ヒメツリガネゴケでは、受精によって抑制型クロマチン修飾H3K27me3の唯一の触媒酵素PpCLFの発現が消失する。それに端を発するエピゲノム・遺伝子発現相関を、１、次世代シーケンサーを用いたトランスクリプトーム・エピゲノム解析、２、胞子体の発生プログラムに機能する遺伝子（胞子体発生遺伝子）の同定と機能解析、３、胞子体発生遺伝子とクロマチン修飾の卵細胞4Dライブイメージング、によって解明することを試みた。
１、ヒメツリガネゴケの配偶体世代において、H3K27me3が局在する遺伝子にはH3K4me3も局在する、いわゆるバイバレント状態であることを明らかにしていたが、H3K27のメチル化にヒストン変異種H3.3が機能していることを解明した。また、ヒメツリガネゴケ配偶体世代のH3.3エピゲノムは、他の陸上植物の胞子体世代のH3.3エピゲノムとは異なっていることを示す結果を得た。以上の結果から、H3K27me3に加えて、H3.3のエピゲノムの違いが、配偶体世代と胞子体世代における発生プログラムの違いに機能している可能性が示唆された。
２、３、配偶体世代ではH3K27me3によって抑制され、PpCLFが消失した胞子体では脱抑制され発現する約100の胞子体発生遺伝子候補の中から、過剰発現によって配偶体に形態異常を生じる遺伝子を複数同定した。現在、これらの遺伝子の欠失株を順次作出し、受精過程における表現型を観察中である。また、これらの遺伝子に対する蛍光タンパク質遺伝子挿入株を用いて、受精過程におけるタンパク質の局在を、これまでに確立した4Dライブイメージング法で観察中である。
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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
平成２６年度当初の研究目的は、１、胞子体発生遺伝子群の欠失株作出とその表現型解析、および蛍光タンパク質遺伝子挿入株作出とその発現解析、２、配偶体世代と胞子体世代で異なるエピゲノムの解明、３、受精過程および接合子における高精細ライブイメージング系の確立である。１、連携研究者の榊原恵子博士らとの共同研究により、胞子体発生遺伝子群の欠失株、蛍光タンパク質株挿入株の作出はほぼ終了し、順次、表現型解析と発現解析を進めている。２、H3K27メチル化にヒストン変異種H3.3が関与すること、配偶体世代におけるH3.3エピゲノムが他の陸上植物の胞子体世代のH3.3エピゲノムと異なることを明らかにした。PpCLF/H3K27me3の消失に加えて、H3.3エピゲノムの転換が、配偶体世代から胞子体世代への世代交代に機能していることが示唆された。こうした結果は予想外であり、当初の期待以上の進展があった。３、受精過程の高精細4Dライブイメージングについては、補償光学などを複数の手法を用いて達成に向けて研究中である。以上から、「おおむね順調に進展している」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、胞子体発生遺伝子欠失株の受精過程における表現型解析と、蛍光タンパク質遺伝子挿入株を用いた発現解析を進め、胞子体発生遺伝子群がどのように世代交代の制御に機能しているのかを解明する。また、ヒストン変異種H3.3、およびそれと対になるヒストン変異種H3.1について、ヒメツリガネゴケの胞子体世代におけるエピゲノムを解明すると同時に、受精過程におけるライブイメージングを行うことで、H3.3およびH3.1が配偶体世代から胞子体世代への世代交代の過程でどのように変動しているのかを明らかにする。受精過程の高精細4Dライブイメージングについては、補償光学などの技術を検討しつつ、さらに研究を進める。これまで蓄積してきた結果をまとめて、論文を執筆する。
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| Remarks |
受賞、アウトリーチ活動など
・榊原 恵子、日本進化学会奨励賞受賞（日本進化学会）、2014年8月
・その他、玉田 洋介ら、榊原 恵子らで、International symposiumおよび国内シンポジウムのオーガナイズ、海外特別授業、高校生への研究紹介などの活動をのべ６件行った。
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[Presentation] Epigenetic reprogramming of the stem-cell formation in the moss Physcomitrella patens.2014
Author(s)
Yosuke Tamada, Tetsuya Kurata, Masayuki Hattori, Yutaka Hayano, Yasuhiro Kamei, Yuji Hiwatashi, Yukiko Kabeya, Tomoaki Nishiyama, Takashi Murata, Mitsuyasu Hasebe
Organizer
Plant reprogramming workshop
Place of Presentation
RIKEN (Yokohama, Kanagawa)
Year and Date
2014-11-28 – 2014-11-28
Invited
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[Presentation] Epigenome analysis of the stem-cell formation in the moss Physcomitrella patens.2014
Author(s)
Yosuke Tamada, Tetsuya Kurata, Masayuki Hattori, Yutaka Hayano, Yasuhiro Kamei, Yuji Hiwatashi, Yukiko Kabeya, Tomoaki Nishiyama, Takashi Murata, Mitsuyasu Hasebe
Organizer
The 37th annual meeting of the Molecular Biology Society of Japan
Place of Presentation
Pacifico Yokohama (Yokohama, Kanagawa)
Year and Date
2014-11-27 – 2014-11-27
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[Presentation] WOX13-like genes are required for reprogramming of leaf and protoplast cells into stem cells in the moss Physcomitrella patens.2014
Author(s)
Keiko Sakakibara, Pascal Reisewitz, Tsuyoshi Aoyama, Thomas Friedrich, Sayuri Ando, Yoshikatsu Sato, Yosuke Tamada, Tomoaki Nishiyama, Yuji Hiwatashi, Tetsuya Kurata, Masaki Ishikawa, Hironori Deguchi, Stefan Rensing, Wolfgang Werr, Takashi Murata, Mitsuyasu Hasebe, Thomas Laux
Organizer
47th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
Place of Presentation
Winc Aichi (Nagoya, Aichi)
Year and Date
2014-05-27 – 2014-05-27
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