栄養成長期から生殖成長期への移行における核ゲノムDNA周辺の動態変化の解析

• 研究課題/領域番号: 21K06225
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 渡邊 雄一郎 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (60183125)
• 研究分担者: 阿部 光知 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (20343238) ; 都筑 正行 高知大学, 総合科学系生命環境医学部門, 講師 (40845616)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 成長期変換 / マイクロRNA / プロセッシング / シロイヌナズナ / ゼニゴケ / 核内顆粒 / 発現調節ゾーン / RNAプロセッシング / D-body / 生殖成長期 / 生殖成長 / 栄養成長 / 核ゲノム動態 / RNAサイレンシング

研究開始時の研究の概要

生物が種を残すことは必須である。だが子孫を残すにはエネルギーやリソースを消費するため、まず個体の成長がないと生殖過程への移行が滞る。まずは植物が自力で光合成を行える一定の長さの栄養成長のステージを過ごす必要がある。成長して光合成を行い備蓄ができて初めて、次世代を残すための生殖成長を始めることができる。その成長ステージのシフトを司どる遺伝子の発現制御の仕組みとして、我々が注目する転写因子SPL-調節因子マイクロRNA156/529cによる相互調節がある。核という細胞内構造の中で、成長期の移行の前後で起こりうる関連する分子の配置、遺伝子DNAやヒストン上の目印に起こる変化を解析する。

研究成果の概要

植物が成長する過程には、からだを大きくしていく過程である栄養成長と次の世代につながる細胞を作る生殖成長の二つがある。栄養成長から生殖成長を行うタイミングを調節することは、植物が環境変化に対抗して確実に子孫を残す上で重要である。そのためにはさまざまな遺伝子の発現の切り替えが重要で、その分子レベルでの切り替え機構には未知の点が多い。今回の研究によって発現調節因子であるマイクロRNAが形成される（プロセッシングを受ける）部位は核質の中でかなり散在していた。従来の報告では核内で数個の顆粒状構造に局在するとされていたが、その生物学的な存在意義については再検討が必要であることが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物は動きがないという見方から、細胞内のダイナミクスや自分の遺伝子の発現は非常に緩慢であるように思われている傾向がある。しかし個体としては動けないが、植物の細胞レベルや自らの遺伝子の発現調節ということに目を向けると、非常にダイナミックに活動をしていることがわかる。植物細胞内で環境応答や発生の過程で見せる遺伝子発現の切り替え機構を知るには、研究解析のためであっても本来植物が行なっている状況に近づける必要があり、研究対象としたい一つのタンパク質に注目するあまり、過剰に細胞内で作らせると、細胞内で本来と異なる挙動を示す可能性が明らかとなった。

研究成果

• [国際共同研究] アダムミツキェヴィチ大学 ポズナン(ポーランド)
• [国際共同研究] Adam Michiewicz University Poznan(ポーランド)
• [国際共同研究] Monash University(オーストラリア)
• [国際共同研究] Adam Mickiewicz University(ポーランド)
• [雑誌論文] ARGONAUTE1-binding Tudor domain proteins function in small interfering RNA production for RNA-directed DNA methylation (2024)
  • 著者名/発表者名: Takei Takahito、Tsukada Michio、Tamura Kentaro、Hara-Nishimura Ikuko、Fukao Yoichiro、Kurihara Yukio、Matsui Minami、Saze Hidetoshi、Tsuzuki Masayuki、Watanabe Yuichiro、Hamada Takahiro
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: in press 号: 2 ページ: 1333-1346
  • DOI: 10.1093/plphys/kiae135
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conserved and non-conserved RNA-target modules in plants: Lessons for a better understanding Marchantia development (2023)
  • 著者名/発表者名: Pietrykowska, H., Alisha, A., Aggarwal, B., Watanabe,Y., Ohtani, M., Jarmolowski,A., Sierocka, I., Szweykowska-Kulinska,Z
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 113 号: 4-5 ページ: 121-142
  • DOI: 10.1007/s11103-023-01392-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Renaissance and Enlightenment of Marchantia as a model system (2022)
  • 著者名/発表者名: Bowman, J.L., Berger,F., Briginshaw, L.N., Davies, K.M., Dierschke, T., Dolan,L., Fisher, T.J., Flores-Sandoval,E., Futagami,K., Ishizaki, K., Kato, H., Kohchi, T., Levins, J., Lin, S-S., Nishihama, R., Romani, R., Tanizawa, Y., Tsuzuki, M., Watanabe,Y., Yamato, K.T., Zachgo, S.
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 34 号: 10 ページ: 3512-3542
  • DOI: 10.1093/plcell/koac219
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reinforcement of transcriptional silencing by a positive feedback between DNA methylation and non-coding transcription (2021)
  • 著者名/発表者名: Rothi, M. Hafiz Tsuzuki, Masayuki Sethuraman, Shriya Wierzbicki, Andrzej T.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 49 号: 17 ページ: 9799-9808
  • DOI: 10.1093/nar/gkab746
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Reevaluation of Intracellular DCL1 Localization of Wild-type and Mutant Alleles in Relevance to Functional Ability and Phenotype (2023)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto,R., Tsuzuki, M., Higashiyama ,T. and Watanabe, Y.
  • 学会等名: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • 国際学会
• [学会発表] microRNA319標的遺伝子の進化的解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 二神和敬、都筑正行、渡邊雄一郎
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナのmiRNA生産におけるDICER-LIKE 1 C末端領域の重要性の再検証 (2022)
  • 著者名/発表者名: 橋下梨乃、都筑正行、東山哲也、渡邊雄一郎
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] microRNA319 標的遺伝子の進化的解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 二神和敬、都筑正行、渡邊雄一郎
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] シロイヌナズナの miRNA 生産におけ る DICER-LIKE 1 C 末端領域の重要性 の再検証 (2022)
  • 著者名/発表者名: 橋下梨乃、都筑正行、東山哲也、渡邊雄一郎
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] 植物における非コード転写の機能とメカニズム (2022)
  • 著者名/発表者名: 都筑正行
  • 学会等名: 日本植物生理学会
  • 招待講演
• [学会発表] Pervasive non-coding transcription by Pol V suggesting a genome surveillance mechanism (2021)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Tsuzuki
  • 学会等名: The 44th annual meeting of the molecular biology society of Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 東京大学渡邊研究室
  • URL: https://park.itc.u-tokyo.ac.jp/RNAwatanabe/
• [備考] 東京大学大学院総合文化研究科 渡邊雄一郎研究室
  • URL: https://park.itc.u-tokyo.ac.jp/RNAwatanabe/
• [備考] 渡邊雄一郎研究室 HP
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/RNAwatanabe/