植物減数分裂のエピジェネティック制御と生殖細胞-体細胞間相互作用の解析

• 研究課題/領域番号: 18H02181
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分39010:遺伝育種科学関連
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 野々村 賢一 国立遺伝学研究所, 遺伝形質研究系, 准教授 (10291890)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2020年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2019年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2018年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 減数分裂 / 植物生殖 / イネ / Arogonaute / Small RNA / 品種改良 / エピジェネティクス / 植物 / 生殖 / small RNA / エピゲノム / Argonaute

研究成果の概要

本課題では、small RNA（sRNA）をガイド分子として遺伝子発現抑制などに機能する2種類のイネArgonaute（AGO）タンパク質の分子機能の解析を行った。その結果、一方は葯特異的な21塩基長sRNAと結合して、花粉形成に必要な遺伝子の発現抑制に、もう一方は減数分裂特異的な24塩基長sRNAと結合して、減数分裂染色体の凝縮制御に関わる可能性を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

減数分裂は交雑育種による品種改良の根本原理であり、減数分裂期に特有のDNAおよびヒストンの修飾パターンは、減数分裂組換えの頻度や位置に影響する。今回、2つのイネAGOタンパク質について解析を行い、一方は減数分裂に不必要な遺伝子の誤作動を防止する抑制機能、もう一方は減数分裂染色体に直接結合して染色体凝縮を制御する可能性が示唆された。遺伝子機能を欠損した変異体では減数分裂染色体の凝縮異常が認められたことから、減数分裂組換え頻度・位置の決定にAGO/sRNA複合体を介したクロマチン修飾機構が重要である可能性が示唆された。品種改良の効率向上に向けて学術的・社会的意義は大きいと考える。

研究成果

• [国際共同研究] 浙江農林大学 林生学院(中国)
• [雑誌論文] miR2118-dependent U-rich phasiRNA production in rice anther wall development (2020)
  • 著者名/発表者名: Araki Saori、Le Ngoc Tu、Koizumi Koji、Villar-Briones Alejandro、Nonomura Ken-Ichi、Endo Masaki、Inoue Haruhiko、Saze Hidetoshi、Komiya Reina
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 3115-3115
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16637-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 小分子RNAを介した植物の減数分裂制御機構の研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 野々村 賢一
  • 雑誌名: アグリバイオ 2020年3月号 巻: 4 ページ: 200-203
  • NAID: 40022290242
• [雑誌論文] 植物において減数分裂期に高発現するphasiRNAの産生経路および機能 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小野聖二郎, 野々村賢一
  • 雑誌名: 領域融合レビュー 巻: 8 ページ: e002
  • DOI: 10.7875/leading.author.8.e002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microscopic Observation of Subcellular GFP-tagged Protein Localization in Rice Anthers (2018)
  • 著者名/発表者名: Ono Seijiro、Nonomura Ken-Ichi
  • 雑誌名: BIO-PROTOCOL Bio101 巻: 8 号: 15
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.2956
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Small RNA pathways responsible for non-cell-autonomous regulation of plant reproduction (2018)
  • 著者名/発表者名: Nonomura Ken-Ichi
  • 雑誌名: Plant Reproduction 巻: 31 号: 1 ページ: 21-29
  • DOI: 10.1007/s00497-018-0321-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] イネ葯室へのカロース高蓄積は減数分裂開始時期の制御に必須である (2021)
  • 著者名/発表者名: ソマシェカーハーシャ, 三村真生, 津田勝利, 野々村賢一
  • 学会等名: 日本育種学会 第140回講演会
• [学会発表] 正常な雄性減数分裂進行に必要なイネ葯室細胞間隙へのカロース多糖の高蓄積 (2021)
  • 著者名/発表者名: ソマシェカーハーシャ, 三村真生, 津田勝利, 野々村賢一
  • 学会等名: 日本遺伝学会第93回大会
• [学会発表] Understanding the importance of cell-cell communication for plant meiosis using rice (Oryza sativa) as model organism (2021)
  • 著者名/発表者名: Harsha Somashekar, Manaki Mimura, Tsuda Katsutoshi, Ken-Ichi Nonomura
  • 学会等名: EMBO Workshop: Intercellular communication and plasmodesmata in plant development and disease (virtual)
  • 国際学会
• [学会発表] Callose depletion during meiosis exhibits prominent meiotic defects in rice anthers (2021)
  • 著者名/発表者名: Harsha Somashekar, Manaki Mimura, Ken-Ichi Nonomura
  • 学会等名: 日本育種学会 第139回講演会オンライン
• [学会発表] Callose accumulation at onset of meiosis is crucial for normal meiosis progression in Rice (2020)
  • 著者名/発表者名: Harsha Somashekar,Manaki Mimura,Ken-Ichi Nonomura
  • 学会等名: 日本育種学会第137回講演会
• [学会発表] 殿崎 薫, 小野 明美, 永田 博基, 古海 弘康, 野々村賢一, 川勝 泰二, 佐藤 豊, Luca Comai, 木下 哲 (2020)
  • 著者名/発表者名: 栽培イネと野生イネにおけるインプリントームの比較
  • 学会等名: 日本育種学会第137回講演会
• [学会発表] イネ染色体添加系統におけるゲノムの高次構造解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 保坂 碧, 真弓彩夏, 鈴木 創, 笠原 雅弘, 野々村賢一, 安井 秀, 辻 寛之
  • 学会等名: 日本育種学会第137回講演会
• [学会発表] Callose accumulation at onset of meiosis is crucial for normal meiosis progression in Rice (2020)
  • 著者名/発表者名: Harsha Somashekar, Manaki Mimura, Ken-Ichi Nonomura
  • 学会等名: 日本育種学会第137回講演会
• [学会発表] 植物の減数分裂を促進する遺伝的メカニズムの解明に向けて (2019)
  • 著者名/発表者名: 野々村 賢一
  • 学会等名: 南九州大学 特別講演
  • 招待講演
• [学会発表] イネ属ゲノム種間雑種の減数分裂期トランスクリプトーム解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 野々村 賢一
  • 学会等名: 遺伝研研究集会「Oryza属ゲノム情報を活用した遺伝的多様性研究の推進」
  • 招待講演
• [学会発表] 植物の生殖研究はどのように育種に活かせるか？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 野々村 賢一
  • 学会等名: 第27回育種学会中部談話会
  • 招待講演
• [学会発表] 670万年かけて分化した異種ゲノムが 減数分裂で出会うと何が起こるのか？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 野々村 賢一
  • 学会等名: 遺伝研研究集会「イネ分子遺伝学の夢」
  • 招待講演
• [学会発表] イネの葯タペート細胞のプログラム細胞死におけるオートファジーとRbohによるROS生成の役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小川和准, 澤田隼平, 福永任吾, 陶 文紀, 橋本研志, 花俣繁, 小野聖二郎, 野々村賢一, 来須孝光, 朽津和幸
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] 体細胞分裂から減数分裂への移行を制御する イネ細胞質顆粒因子の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三村真生, 小野聖二郎, 野々村賢一
  • 学会等名: 日本遺伝学会 第91回大会
• [学会発表] 減数分裂移行タイミングの制御に関わる植物生殖細胞顆粒の解析とストレス顆粒との関係 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三村真生, 小野聖二郎, 野々村賢一
  • 学会等名: 日本育種学会 第136回講演会ワークショップ「植物の生殖と環境・ストレス」
• [学会発表] 殿崎 薫, 川勝 泰二, 小野明美, 古海弘康, 野々村賢一, Luca Comai, 木下哲 (2019)
  • 著者名/発表者名: イネ種間雑種胚乳におけるインプリントーム解析
  • 学会等名: 日本育種学会 第136回講演会
• [学会発表] 植物の減数分裂進行を制御するArgonauteタンパク質 (2019)
  • 著者名/発表者名: 野々村 賢一
  • 学会等名: 遺伝研研究集会「有性生殖における染色体・クロマチン・核動態に関する研究会」
• [学会発表] 組み換えがホットなスポットを求めて (2018)
  • 著者名/発表者名: 野々村 賢一
  • 学会等名: 遺伝研研究集会「イネ分子遺伝学の飛躍」
  • 招待講演
• [学会発表] 減数分裂24塩基長small RNAの葯タペート組織での特異的な生産を促進するイネbHLH転写因子の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小野聖二郎・野々村賢一
  • 学会等名: 日本遺伝学会第９０回大会
• [学会発表] イネ減数分裂細胞における細胞質RNA顆粒因子MEL2の機能ドメイン解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三村真生・小野聖二郎・野々村賢一
  • 学会等名: 日本植物学会第８２回大会
• [学会発表] イネ葯タぺート組織において減数分裂期 siRNAの生合成を制御するbHLH 転写因子のネットワーク (2018)
  • 著者名/発表者名: 小野聖二郎・田中啓介・佐々木卓治・野々村賢一
  • 学会等名: 日本植物学会第８２回大会
• [学会発表] イネの葯タペート細胞のプログラム細胞死制御における転写制御ネットワーク・オートファジー・ROS生成酵素の役割と花粉成熟における意義 (2018)
  • 著者名/発表者名: 澤田隼平・福永任吾・花俣 繁・小野聖二郎・木村成介・野々村賢一・来須孝光・朽津和幸
  • 学会等名: 日本植物学会第８２回大会
• [学会発表] イネ種子の登熟・品質制御におけるオートファジーの役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 来須孝光・瀬良ゆり・花俣繁・坂本真吾・小野聖二郎・金古堅太郎・三井 悠大・北畑 信隆・三ツ井敏明・野々村 賢一・光田 展隆・朽津和幸
  • 学会等名: 日本植物学会第８２回大会
• [学会発表] bHLH transcription factors activate meiotic phasiRNA production in anther tapetum and promote meiotic chromosome condensation non-cell autonomously (2018)
  • 著者名/発表者名: NONOMURA Ken-ichi
  • 学会等名: 16th International Symposium on Rice Functional Genomics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Post-transcriptional timing control of mitosis-meiosis transition (2018)
  • 著者名/発表者名: NONOMURA Ken-ichi
  • 学会等名: 25th ICSPR Satellite Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] RNA binding protein MEL2, a regulator of mitosis-meiosis transition, forms cytoplasmic granule-like structures in rice cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Manaki Mimura, Seijiro Ono, Ken-Ichi Nonomura
  • 学会等名: 25th International Congress on Sexual Plant Reproduction
  • 国際学会
• [学会発表] bHLH transcription factors activate meiotic siRNA biogenesis in rice anther tapetum (2018)
  • 著者名/発表者名: Seijiro Ono, Hua Liu, Katsutoshi Tsuda, Eigo Fukai, Keisuke Tanaka, Takuji Sasaki, Ken-ichi Nonomura
  • 学会等名: 25th International Congress on Sexual Plant Reproduction
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 改訂 遺伝単 遺伝学用語集 (2021)
  • 著者名/発表者名: 野々村賢一（分担執筆）
  • 総ページ数: 454
  • 出版者: 株式会社エヌ・ティー・エス
• [備考] 野々村研究室ホームページ
  • URL: http://nonomuralab-nig.sakura.ne.jp/top_j.html