| Project/Area Number |
24K09509
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
坂本 綾子 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子技術基盤研究所 量子バイオ基盤研究部, 上席研究員 (00354960)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
舟山 知夫 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子技術基盤研究所 量子バイオ基盤研究部, 上席研究員 (40354956)
玉田 洋介 宇都宮大学, 工学部, 准教授 (50579290)
高橋 直紀 明治大学, 農学部, 専任准教授 (40553623)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | DNA損傷 / マイクロビーム / リプログラミング / ヒメツリガネゴケ / シロイヌナズナ |
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| Outline of Research at the Start |
コケ植物ヒメツリガネゴケは分化した組織にDNA損傷を加えると幹細胞が誘導されることが知られているが、損傷シグナルがどのようなプロセスを経て幹細胞化を誘導しているのかは不明である。本研究では、重イオンマイクロビーム照射装置を用いて任意の細胞に任意のレベルのDNA損傷を与え、幹細胞化シグナルの細胞自律性の是非を解明するとともに、DNA損傷応答性遺伝子や幹細胞化誘導遺伝子の発現を時空間的に追跡することで幹細胞化プロセスを明らかにする。さらに、照射組織でのシングルセルトランスクリプトーム解析により幹細胞化に関わる個々の細胞の応答ならびに細胞間の相互作用を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
コケ植物ヒメツリガネゴケは分化した組織にDNA損傷を加えると幹細胞が誘導されることが知られているが、損傷シグナルがどのようなプロセスを経て幹細胞化を誘導しているのかは不明である。本研究では重イオンマイクロビーム照射装置を用いてヒメツリガネゴケ組織にDNA損傷を与え、幹細胞化シグナルの細胞自律性の是非を解明するとともに、DNA損傷応答性遺伝子や幹細胞化誘導遺伝子の発現を時空間的に追跡することで幹細胞化プロセスを明らかにすることを目的としている。
本年度は、マイクロビーム照射実験に先立つ予備試験として、ヒメツリガネゴケの組織全体にガンマ線またはヘリウムイオンビームを照射し、一定時間培養したのちに実体顕微鏡で照射組織を観察することで幹細胞化の誘導に最適な線量や培養条件などを検討した。その結果、どちらの場合も一定の線量以上の照射によって分化細胞から幹細胞が生じることを確認した。またSTEMIN1pro:GFP導入植物に対してガンマ線照射を行った結果、組織の一部でGFP蛍光が検出されることを確認した。
ヒメツリガネゴケの放射線応答に関わるDNA修復遺伝子の欠損株を作出し、ガンマ線に対する応答を解析した。その結果、相同組換え修復に関わるRAD51B遺伝子を欠損させることにより、放射線抵抗性が大きく低下するとともに染色体レベルの構造変化を引き起こすことを明らかにした。これにより、ヒメツリガネゴケがDNA損傷修復の面でもユニークな特徴を持つことを明らかにした。
ヒメツリガネゴケにおける放射線応答を検証する目的で、維管束植物であるシロイヌナズナにガンマ線を照射し、根端メリステムにおける応答反応を解析した。その結果、シロイヌナズナの根端メリステムにおけるDNA損傷応答と核内倍加の促進にシロイヌナズナSOG1遺伝子が関与していることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、マイクロビーム照射した植物組織における遺伝子応答を解析する予定であったが、加速器の運転計画の変更のためにR6年度はマシンタイムの配分が得られなかった。そこで研究計画を変更し、拡大イオンビームを利用してマイクロビーム照射のための予備試験を行うとともに、放射線応答への関与が予想されるいくつかのDNA修復遺伝子の欠損株を利用して、ガンマ線照射に対する影響を解析した。その結果、主要なDNA修復経路が失われるとガンマ線に対する抵抗性が大幅に低下することを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
R7年度は前年度の予備試験の結果を踏まえ、ヒメツリガゴケの茎葉体または切断した葉片に対してマイクロビームを照射し、照射組織の経時変化をタイムラプス画像として保存する。得られた映像を解析することで、照射された細胞とそれ以外の細胞での細胞の形態変化・細胞死の誘導などを観察するとともに、幹細胞化のマーカー遺伝子であるSTEMIN1pro:GFPの発現を指標に幹細胞化の誘導がどのタイミングでどの細胞に誘導されるかを解明する。
DNA損傷応答のマスターレギュレーターであるSOG1、幹細胞化を制御するSTEMINs、DNA損傷チェックポイントの制御因子であるATRは、DNA損傷による幹細胞化プロセスへの関与が予想されている。そこでこれらの制御因子間の関係性を解明する目的で、遺伝子の単独欠損株または二重、三重欠損株を作出し、DNA損傷応答や幹細胞化プロセスに与える影響を解析することで制御の上位／下位性や独立性を解明する。
DNA損傷による細胞リプログラミングはヒメツリガネゴケに特異的な現象であるが、物理的な損傷を受けた組織におけるリプログラミングなどの現象は他の植物でも観察されている。そこで、これらの類似現象との比較から細胞リプログラミング現象を掘り下げる目的で、維管束植物であるシロイヌナズナの根端メリステム組織に対してマイクロビーム照射を行い、DNA損傷応答やメリステム再生過程における細胞間相互作用を解析する。これに加え、植物ホルモンを介した根端の成長制御に及ぼすマイクロビーム照射の影響を解析する。
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