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DNA倍加誘導に必要なクロマチン制御系の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21H04715
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分38:農芸化学およびその関連分野
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

梅田 正明  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80221810)

研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
41,340千円 (直接経費: 31,800千円、間接経費: 9,540千円)
2024年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
2023年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
2022年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
2021年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
キーワードDNA倍加 / クロマチン / ヒストン
研究開始時の研究の概要

DNA倍加は一つ一つの細胞の中でDNA量が倍々に増えていく現象である。それに伴い細胞・器官サイズが大きくなるため、地球上の植物バイオマス生産に大きく貢献している。しかし、植物の中にはDNA倍加を全く起こさない種も存在し、何がDNA倍加能を決める要因となっているかは未だ不明である。本研究ではDNA倍加の誘導メカニズムをクロマチンの視点から明らかにし、植物体でDNA倍加を誘発するための基礎的知見を得る。

研究実績の概要

DNA倍加は一つ一つの細胞の中でDNA量が倍々に増えていく現象である。それに伴い細胞・器官サイズが大きくなるため、地球上の植物バイオマス生産に大きく貢献している。しかし、植物の中にはDNA倍加を全く起こさない種も存在し、何がDNA倍加能を決める要因となっているかは未だ不明である。そこで、本研究ではDNA倍加の誘導メカニズムをクロマチン構造の視点から明らかにし、DNA倍加を起こさない植物種でDNA倍加を誘発するための基礎的知見を得ることを目標としている。

DNA倍加植物であるシロイヌナズナにおいては、ヒストンメチル化酵素ATXR6がヒストンH3.1のK27をモノメチル化し、セントロメア周辺のクロマチン凝縮を促進することが知られている。ATXR6はH3.1に対する基質特異性をもつことでセントロメア特異的なヘテロクロマチン形成を促すと考えられているが、我々は非DNA倍加植物の多くがATXR6の活性部位にアミノ酸置換をもつことを見出している。このことは、ATXR6のヒストンに対する基質特異性がDNA倍加能を規定する要因となっている可能性を示唆している。そこで、この可能性を検証するため、非DNA倍加植物で保存性が低いアミノ酸残基に変異を導入したATXR6を作成し、in vitroヒストンメチル化アッセイにより基質特異性の解析を行った。その結果、4箇所にアミノ酸変異をもつATXR6はH3.1に対する基質特異性を失い、H3.3のメチル化も行うことが明らかになった。このことから、ATXR6の基質特異性が低下することでH3.3もメチル化できるようになり、DNA倍加誘導に必要なクロマチン緩和が起きにくくなることでDNA倍加能を失うのではないかと考えられた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

CDKによるFAS1のリン酸化部位の同定については、組換えタンパク質の発現に難があり実験が滞っていたが、ATXR6の基質特異性については重要な知見を得ることができた。今後、細胞周期におけるATXR6の蓄積様式について解析する予定であるが、そのための植物材料などの準備も順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

細胞周期におけるATXR6の蓄積様式について解析し、DNA倍加との関連性を明らかにする。また、ATXR6のタンパク質蓄積を制御する候補因子として、E3ユビキチンリガーゼに着目して解析を進めていく。これらの研究を通じて、DNA倍加の誘導メカニズムについて細胞周期とクロマチン構造の視点から統合的な理解を目指す。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] GMI(オーストリア)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] CBM(スペイン)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] GMI(オーストリア)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Tetraploidization promotes radial stem growth in poplars2022

    • 著者名/発表者名
      Umeda-Hara Chikage、Iwakawa Hidekazu、Ohtani Misato、Demura Taku、Matsumoto Tomoko、Kikuchi Jun、Murata Koji、Umeda Masaaki
    • 雑誌名

      Plant Biotechnology

      巻: 39 号: 3 ページ: 215-220

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.22.0716a

    • ISSN
      1342-4580, 1347-6114
    • 年月日
      2022-09-25
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] R2R3-MYB transcription factor GEMMA CUP-ASSOCIATED MYB1 mediates the cytokinin signal to achieve proper organ development in Marchantia polymorpha2022

    • 著者名/発表者名
      Aki Shiori S.、Morimoto Tomoyo、Ohnishi Taiki、Oda Ayumi、Kato Hirotaka、Ishizaki Kimitsune、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Umeda Masaaki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 21123-21123

    • DOI

      10.1038/s41598-022-25684-3

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Regulation of the Plant Cell Cycle in Response to Hormones and the Environment2021

    • 著者名/発表者名
      Shimotohno Akie、Aki Shiori S.、Takahashi Naoki、Umeda Masaaki
    • 雑誌名

      Annual Review of Plant Biology

      巻: 72 号: 1 ページ: 72-78

    • DOI

      10.1146/annurev-arplant-080720-103739

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Genome Maintenance Mechanisms at the Chromatin Level2021

    • 著者名/発表者名
      Takatsuka Hirotomo、Shibata Atsushi、Umeda Masaaki
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 22 号: 19 ページ: 10384-10384

    • DOI

      10.3390/ijms221910384

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Alterations in hormonal signals spatially coordinate distinct responses to DNA double-strand breaks in Arabidopsis roots2021

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Naoki、Inagaki Soichi、Nishimura Kohei、Sakakibara Hitoshi、Antoniadi Ioanna、Karady Michal、Ljung Karin、Umeda Masaaki
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 7 号: 25

    • DOI

      10.1126/sciadv.abg0993

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] ヒストンメチル化の制御によるDNA倍加の誘導機構2023

    • 著者名/発表者名
      賀鐘寛、正田晃子、Kar Yee Moo、岩田悠暉、安喜史織、梅田正明
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Control of DNA replication by histone methyltransferases ATXR5 and ATXR6 in Arabidopsis thaliana2023

    • 著者名/発表者名
      Kar Yee Moo、正田晃子、真鍋はるか、高塚大知、安喜史織、梅田正明
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Genome maintenance strategies in plant stem cells2022

    • 著者名/発表者名
      梅田正明
    • 学会等名
      14th International Congress of Cell Biology & 9th Asian Pacific Organization for Cell Biology
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Genome maintenance strategies in plant stem cells2022

    • 著者名/発表者名
      梅田正明
    • 学会等名
      International Symposium on Plant Cell Cycle and DNA Damage Responses 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Proteolysis of histone methyltransferases controls cell cycle progression in Arabidopsis2022

    • 著者名/発表者名
      Kar Yee Moo、正田晃子、真鍋はるか、高塚大知、安喜史織、梅田正明
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 植物成長を制御する分子メカニズムの解明2021

    • 著者名/発表者名
      梅田正明
    • 学会等名
      第38回日本植物バイオテクノロジー学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 植物成長制御研究室ホームページ

    • URL

      https://bsw3.naist.jp/umeda/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 梅田研ホームページ

    • URL

      https://bsw3.naist.jp/umeda/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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