階層縦断的に機能するエピジェネティックバイオタイマーの仕組みの理解

• 研究課題/領域番号: 18H02465
• 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44030:植物分子および生理科学関連
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 山口 暢俊 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (90767899)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2020年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2019年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2018年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
• キーワード: シロイヌナズナ / 花発生 / エピゲノム / 遺伝子発現 / 転写因子 / 植物分子遺伝学 / エピジェネティクス / 花の形態形成

研究成果の概要

モデル植物であるシロイヌナズナの花の幹細胞を使って実験を重ねた結果、DNAを巻き取っているヒストンというタンパク質に連結したアミノ酸の特定の位置にメチル基を3つ持つヒストンの数と、分化を引き起こす遺伝子が誘導される時期との間に高い相関があることを見出した。この相関に注目して、メチル基をもつヒストンの数と分化遺伝子の誘導時期を方程式にして、両者の関係を数学的に明らかにした。さらに、メチル基をもつヒストンの数を人為的に増やすと、方程式で計算される時期に分化遺伝子が誘導されることを突き止めた。これらの成果をまとめて、Plant Cellに投稿し、掲載が決まった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、メチル基をもつヒストンの数と分化遺伝子の誘導時期を方程式にして、花の幹細胞の自己複製と分化のバランスを決める際に起こる仕組みを数学的に明らかにし、一般的な法則を見出しました。この法則に従って、メチル基をもつヒストンの数を人為的に増やすと、方程式で計算される時期に分化遺伝子が誘導される実証実験にも成功しました。植物の幹細胞の自己複製と分化の普遍的な仕組みを知るだけでなく、その仕組みを有効に使って農業や園芸の分野で利用していくうえでも大きく貢献すると期待されます。

研究成果

• [雑誌論文] AGAMOUS regulates various target genes via cell cycle?coupled H3K27me3 dilution in floral meristems and stamens (2023)
  • 著者名/発表者名: Pelayo Margaret Anne、Morishita Fumi、Sawada Haruka、Matsushita Kasumi、Iimura Hideaki、He Zemiao、Looi Liang Sheng、Katagiri Naoya、Nagamori Asumi、Suzuki Takamasa、?irl Marek、Soukup Ale?、Satake Akiko、Ito Toshiro、Yamaguchi Nobutoshi
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: - 号: 8 ページ: 2821-2847
  • DOI: 10.1093/plcell/koad123
• [雑誌論文] Local and terminal cell differentiation mediated by the jasmonic acid-mediated autophagy evokes petal abscission in Arabidopsis thaliana. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto H, Furuta Y, Hirakawa T, Uemura A, Pelayo M, Iimura H, Katagiri N, Takeda-Kamiya N, Kumaishi K, Ishiguro S, Ichihashi Y, Suzuki T, Goh T, Toyooka K, Ito T, Yamaguchi N
  • 雑誌名: Research Square 巻: -
• [雑誌論文] A phase-separated transcription factor regulates an interspecific barrier. (2022)
  • 著者名/発表者名: Fuji S, Yamamoto E, Tangpranomkom S, Kimura Y, Miura H, Yamaguchi N, Niidome M, Shimosato-Asano H, Kato Y, Wada Y, Ito T, Takayama S
  • 雑誌名: Research Square 巻: -
• [雑誌論文] Identification and characterization of drought-tolerant local pigmented rice from Indonesia (2022)
  • 著者名/発表者名: Sebastian Alfino、Nugroho Ilham Cahyo、Putra Herdin Surya Dwi、Susanto Febri Adi、Wijayanti Putri、Yamaguchi Nobutoshi、Nuringtyas Tri Rini、Purwestri Yekti Asih
  • 雑誌名: Physiology and Molecular Biology of Plants 巻: 28 号: 5 ページ: 1061-1075
  • DOI: 10.1007/s12298-022-01185-5
• [雑誌論文] Seed Halopriming Improves Salinity Tolerance of Some Rice Cultivars During Seedling Stage (2022)
  • 著者名/発表者名: Hidayah Anik、Nisak Rizka Rohmatin、Susanto Febri Adi、Nuringtyas Tri Rini、Yamaguchi Nobutoshi、Purwestri Yekti Asih
  • 雑誌名: Botanical Studies 巻: 63 号: 1
  • DOI: 10.1186/s40529-022-00354-9
• [雑誌論文] Editorial: Epigenetics in Plant Development (2022)
  • 著者名/発表者名: Nobutoshi Yamaguchi
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: -
  • DOI: 10.21203/rs.3.rs-1240596/v1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Abscisic acid-dependent histone demethylation during postgermination growth arrest in Arabidopsis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Wu, J., Ichihashi, Y., Suzuki, T., Shibata, A., Shirasu, K., Yamaguchi, N. and Ito T.
  • 雑誌名: Plant Cell and Environment 巻: 42 ページ: 2198-2214
  • 査読あり
• [雑誌論文] Histone demethylases control root elongation in response to stress-signaling hormone abscisic acid. (2019)
  • 著者名/発表者名: Wu, J., Yamaguchi, N. and Ito T.
  • 雑誌名: Plant Signaling and Behavior 巻: 14 ページ: 1604019-1604019
  • 査読あり
• [雑誌論文] When to stop: an update on molecular mechanisms of floral meristem termination. (2019)
  • 著者名/発表者名: Xu Y., Yamaguchi, N. Gan, E-S., and Ito, T.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 70 ページ: 1711-1718
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integration of transcriptional repression and Polycomb-mediated silencing of WUSCHEL in floral meristems. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sun, B., Zhou, Y., Cai, J., Shang E., Yamaguchi, N., Xiao, J., Looi, L-S., Wee W-Y., Gao, X., Wagner, D., and Ito, T.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 31 ページ: 1488-1505
  • NAID: 120006726651
  • 査読あり
• [雑誌論文] The roles of plant hormones and their interactions with regulatory genes in determining meristem activity. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ze Hong, L., Hirakawa, T., Yamaguchi, N., Ito, T.
  • 雑誌名: International Journals of Molecular Sciences 巻: 20 ページ: 4065-4065
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lateral root initiation requires the sequential induction of transcription factors LBD16 and PUCHI in Arabidopsis thaliana. (2019)
  • 著者名/発表者名: Goh, T., Toyokura, K., Yamaguchi, N., Okamoto, T., Uehara, T., Kaneko, S., Takebayashi, Y., Kasahara, H., Ikeyama, Y., Okushima, Y., Nakajima, K., Mimura, T., Tasaka, M., and Fukaki, H.
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 222 ページ: 2-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] CRABS CLAW and SUPERMAN coordinate hormone-, stress-, and metabolic-related gene expression during Arabidopsis stamen development. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ze Hong, L., Tatsumi, Y., Ichihashi, Y., Suzuki, T., Shibata, A., Shirasu, K., Yamaguchi, N. and Ito T.
  • 雑誌名: Frontiers in Ecology and Evolution. 巻: 7 ページ: 437-437
  • 査読あり
• [雑誌論文] Abscisic acid‐dependent histone demethylation during postgermination growth arrest in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Wu Jinfeng、Ichihashi Yasunori、Suzuki Takamasa、Shibata Arisa、Shirasu Ken、Yamaguchi Nobutoshi、Ito Toshiro
  • 雑誌名: Plant, Cell & Environment 巻: - 号: 7 ページ: 2198-2214
  • DOI: 10.1111/pce.13547
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chromatin-mediated feed-forward auxin biosynthesis in floral meristem determinacy. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, N., Huang, J., Tatsumi, Y., Abe, M., Sugano, S. S., Kojima, M., Takebayashi, Y., Kiba, T., Yokoyama, R., Nishitani, K., Sakakibara, H., and Ito, T.
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 9 号: 1 ページ: 5290-5290
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07763-0
  • NAID: 120006549567
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SUPERMAN regulates floral whorl boundaries through control of auxin biosynthesis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Xu, Y., Prunet, N., Gan, E-S., Wang, Y., Stewart, D., Wellmer, F., Huang, J., Yamaguchi, N., Tatsumi, Y., Kojima, M., Kiba, T., Sakakibara, H., Jack, T.P., Meyerowitz, E.M., Ito, T.
  • 雑誌名: EMBO Journal 巻: - 号: 11
  • DOI: 10.15252/embj.201797499
  • NAID: 120006478564
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Using CRISPR/Cas9 System to Introduce Targeted Mutation in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Ze Hong Lee, Nobutoshi Yamaguchi, Toshiro Ito
  • 雑誌名: Plant Transcription Factors.Methods in molecular biology (Clifton, N.J.) 巻: 1830 ページ: 93-108
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8657-6_6
  • ISBN: 9781493986569, 9781493986576
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gene Expression and Transcription Factor Binding Tests Using Mutated-Promoter Reporter Lines (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishizawa-Yokoi Ayako、Yamaguchi Nobutoshi
  • 雑誌名: Methods in molecular biology (Clifton, N.J.) 巻: 2 ページ: 291-305
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8657-6_17
  • ISBN: 9781493986569, 9781493986576
  • 査読あり