アンチセンスncRNAを介した植物の環境ストレス認識・記憶システムの解析

• 研究領域: 植物の成長可塑性を支える環境認識と記憶の自律分散型統御システム
• 研究課題/領域番号: 16H01476
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 関 原明 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (80281624)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円); 2017年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2016年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
• キーワード: アンチセンスRNA / 環境ストレス適応 / 長鎖ノンコーディングRNA / 非翻訳型RNA / RNA制御 / シロイヌナズナ

研究実績の概要

本課題では、環境ストレス誘導性のアンチセンスncRNAに着目し、生成に関わる新規な因子を同定し、アンチセンスncRNAを介した植物の環境ストレス適応システムの解明を目指す。

これまでに得られた研究実績は以下の通りである。
rdr1/2/6の3重変異体および野生株を用いて乾燥ストレス過程におけるトランスクリプトームを解析し、乾燥ストレス条件下でrdr1/2/6におけるアンチセンスncRNAの生成量が野生株と比べて減少する遺伝子を1,136個同定した。これら遺伝子領域の多くにおいて乾燥ストレス条件下でRDR1/2/6依存的なsiRNAの蓄積は観察されなかった。DCP5遺伝子の変異体においてアンチセンスncRNAの発現量が減少し、XRN4遺伝子の変異体においてアンチセンスncRNA発現量が増加していた。これらの結果は、センスRNAがDCP5によりdecappingされた後、センスRNAの分解産物を鋳型として、RDR1/2/6によりアンチセンスncRNAが生成することを示唆する。cordycepinを用いた解析から、rdr1/2/6変異体において乾燥ストレス誘導性遺伝子のRD29AのmRNA分解が野生株と比べて減少していることが示された。RNaseプロテクションアッセイから、アンチセンスncRNAがセンスRNAと細胞の中で二本鎖RNAを生成することも示された。rdr1/2/6の三重変異体は、野生株と比べて再吸水後の根の成長再開が遅れ主根が短い表現型を示したが、この表現型はRDRファミリーの単一変異体や二重変異体、dcl2/3/4の変異体では観察されなかった。上記の結果から、RDR1/2/6依存性のアンチセンスncRNAが既知のDCL2/3/4依存的なsiRNA生成を介さずに植物の乾燥ストレス適応に機能している事が示された。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Long non-coding RNAs are involved in plant stress responses (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsui, A. and Seki, M.
  • 雑誌名: "Methods in Molecular Biology - Plant lncRNAs - (Edited by Drs. Julia Chekanova and Hsiao-Lin Wang)". Springer 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcriptomic analysis of Arabidopsis thaliana plants treated with the Ky-9 and Ky-72 histone deacetylase inhibitors (2018)
  • 著者名/発表者名: Nguyen HM, Sako K, Matsui A, Ueda M, Tanaka M, Ito A, Nishino N, Yoshida M, Seki M.
  • 雑誌名: Plant Signaling and Behavior 巻: 13 号: 3 ページ: e1448333-e1448333
  • DOI: 10.1080/15592324.2018.1448333
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Monitoring transcriptomic changes in soil-grown roots and shoots of Arabidopsis thaliana subjected to a progressive drought stress (2018)
  • 著者名/発表者名: Bashir, K., Rasheed, S., Matsui, A., Iida, K., Tanaka, M. and Seki, M.
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology - Root Development - (Edited by Drs. Elke Barbez and Daniela Ristova) 巻: 1761 ページ: 223-230
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-7747-5_17
  • ISBN: 9781493977468, 9781493977475
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Novel stress-inducible antisense RNAs of protein-coding loci are synthesized by Arabidopsis RDRs (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsui, A., Iida, K., Tanaka, M., Yamaguchi, K., Mizunashi, K., Kim, J.M., Takahashi, S., Kobayashi, N., Shigenobu, S., Shinozaki, K. and Seki, M.
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 175 号: 1 ページ: 457-472
  • DOI: 10.1104/pp.17.00787
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ethanol Enhances High-Salinity Stress Tolerance by Detoxifying Reactive Oxygen Species in Arabidopsis thaliana and Rice (2017)
  • 著者名/発表者名: Nguyen HM, Sako K, Matsui A, Suzuki Y, Mostofa MG, Ha CV, Tanaka M, Tran LP, Habu Y, Seki M
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 8 ページ: 1001-1001
  • DOI: 10.3389/fpls.2017.01001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Distinct Roles of Class I and II RPD3-Like Histone Deacetylases in Salinity Stress Response (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueda M, Matsui A, Tanaka M, Nakamura T, Abe T, Sako K, Sasaki T, Kim JM, Ito A, Nishino N, Shimada H, Yoshida M, Seki M
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 175 号: 4 ページ: 1760-1773
  • DOI: 10.1104/pp.17.01332
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The histone deacetylase inhibitor suberoylanilide hydroxamic acid alleviates salinity stress in cassava. (2017)
  • 著者名/発表者名: Patanun, O., Ueda, M., Itouga, M., Kato, Y., Utsumi, Y., Matsui, A., Tanaka, M., Utsumi, C., Sakakibara, H., Yoshida, M., Narangajavana, J., and Seki, M.
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 7 ページ: 2039-2039
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.02039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Overexpression of oligouridylate binding protein 1b results in ABA hypersensitivity. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nguyen, C.C, Nakaminami, K., Matsui, A., Watanabe, S., Kanno, Y., Seo, M. and Seki, M.
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 12 号: 2 ページ: e1282591-e1282591
  • DOI: 10.1080/15592324.2017.1282591
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Oligouridylate binding protein 1b plays an integral role in plant heat stress tolerance. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nguyen, C.C, Nakaminami, K., Matsui, A., Kobayashi, S., Kurihara, Y., Toyooka, K., Tanaka, M. and Seki, M.
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 7 ページ: 853-853
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.00853
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sm-like protein-mediated RNA metabolism is required for heat stress tolerance in Arabidopsis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, M., Matsui, A., Tanaka, M., Morosawa, T., Ishida, J., Iida, K., Mochizuki, Y., Toyoda, T. and Seki, M.
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 7 ページ: 1079-1079
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.01079
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Biogenesis mechanism and function of stress-inducible non-coding antisense RNAs (2018)
  • 著者名/発表者名: Seki, M. and Matsui, A.
  • 学会等名: RNA-mediated plant behaviors”, The 59th JSPP Annual Meeting Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Introduction of RIKEN, CSRS and Plant Genomic Network Research Team (2018)
  • 著者名/発表者名: Seki, M.
  • 学会等名: The International Workshop at Univ. of Punjab on "Drought stress, Challenges for Agriculture and mitigation strategies"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel stress-inducible antisense RNAs of protein-coding loci are synthesized by Arabidopsis RDRs (2017)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Matsui, Kei Iida, Maho Tanaka, Ri-ichiro Manabe, Katsushi Yamaguchi, Kayoko Mizuhashi, Jong-Myong Kim, Norio Kobayashi, Shuji shigenobu, Kazuo Shinozaki, Motoaki Seki
  • 学会等名: International Symposium on “Environmental Stress Adaptation and Memory in Plants"
  • 発表場所: RIKEN Yokohama Campus, Kanagawa, Japan
  • 年月日: 2017-02-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Perspective by Plant Scientist (2017)
  • 著者名/発表者名: Seki, M.
  • 学会等名: International Meeting on Celebrating the 65th Anniversary of Pakistan-Japan Diplomatic Relations
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Epigenetic and RNA Regulation in Plant Abiotic Stress Adaptation (2017)
  • 著者名/発表者名: Seki, M.
  • 学会等名: Invited Seminar at National Taiwan Univ.
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Epigenetic, Chemical and RNA Regulation in Plant Abiotic Stress (2017)
  • 著者名/発表者名: Seki, M., Kim, J.M., Matsui, A., Nguyen, H.M., Sako, K., Sunaoshi, Y., To, K.T., Devoto, A., Bashir, K., Rasheed, S., Ueda, M., Ha, C.V., Utsumi, Y., Ishida, J., Tanaka, M., Matsunaga, S. and Habu, Y.
  • 学会等名: The International Symposium「Taiwan-Japan Plant Biology 2017」
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel Chemical and RNA Regulation in Plant Abiotic Stress Adaptation (2017)
  • 著者名/発表者名: Seki, M., Kim, J.M., Matsui, A., Nguyen, H.M., Sako, K., Sunaoshi, Y., To, K.T., Devoto, A., Bashir, K., Rasheed, S., Ueda, M., Ha, C.V., Utsumi, Y., Ishida, J., Tanaka, M., Matsunaga, S. and Habu, Y.
  • 学会等名: The Nature Conference, “Agricultural Genomics 2017: Functional Genomics toward Green Crops for Sustainable Agriculture”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel stress-inducible antisense RNAs of proteincoding loci are synthesized by RDRs in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Matsui，Kei Iida，Maho Tanaka，Ri-ichiroh Manabe ，Katsushi Yamaguchi ，Kayoko Mizuhashi ， Jong-Myong Kim，Shuji Shigenobu，Kazuo Shinozaki，Motoaki Seki
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学 郡元キャンパス、鹿児島
• [学会発表] Functional analysis of oligouridylate binding protein 1b in abscisic acid response (2017)
  • 著者名/発表者名: Thi Cam Chau Nguye ，Kentaro Nakaminami ，Akihiro Matsui, Shunsuke Watanabe，Yuri Kanno，Mitsunori Seo，Motoaki Seki
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学 郡元キャンパス、鹿児島
• [学会発表] Novel Epigenetic, RNA and Peptide Regulation in Plant Abiotic Stress Responses (2016)
  • 著者名/発表者名: Motoaki Seki
  • 学会等名: The 3rd Plant Genomics Congress Asia
  • 発表場所: Kuala Lumpur, Malaysia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel Epigenetic, RNA and Peptide Regulation in Plant Abiotic Stress Responses (2016)
  • 著者名/発表者名: Jong-Myong Kim, Akihiro Matsui, Kentaro Nakaminami, Kaori Sako, Minoru Ueda ,Taiko Kim To, Huong Mai Nguyen, Khurram Bashir, Sultana Rasheed, Junko Ishida, Maho Tanaka, Minoru Yoshida, Masanori Okamoto, Kousuke Hanada, Sachihiro Matsunaga, Yoshiki Habu and Motoaki Seki
  • 学会等名: The 22nd International Conference on Plant Growth Substances (IPGSA)
  • 発表場所: Toronto, Canada
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel Epigenetic, RNA and Peptide Regulation in Plant Abiotic Stress Responses (2016)
  • 著者名/発表者名: Jong-Myong Kim, Akihiro Matsui, Kentaro Nakaminami, Kaori Sako, Minoru Ueda, Taiko Kim To, Huong Mai Nguyen, Khurram Bashir , Sultana Rasheed, Junko Ishida, Maho Tanaka, Minoru Yoshida, Masanori Okamoto, Kousuke Hanada, Sachihiro Matsunaga, Yoshiki Habu and Motoaki Seki
  • 学会等名: The 27th International Conference on Arabidopsis research (ICAR2016)
  • 発表場所: Gyeongju, Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Control of RNA degradation and stability functions in plant abiotic stress responses (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Matsui, Kentaro Nakaminami, Maho Tanaka, Junko Ishida, Cam Chau Thi Nguyen, Anh Hai Nguyen and Motoaki Seki
  • 学会等名: Post-transcriptional Gene Regulation in Plants, A Satellite Meeting of Plant Biology 2016
  • 発表場所: Austin, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nobel epigenetic, RNA and peptide regulation in plant abiotic stress responses (2016)
  • 著者名/発表者名: Motoaki Seki, Jong-Myong Kim、Akihiro Matsui、Kentaro Nakaminami、Kaori Sako、Minoru Ueda、Taiko Kim To、Huong Mai Nguyen、Khurram Bashir、Sultana Rasheed、Junko Ishida、Maho Tanaka、Minoru Yoshida、Masanori Okamoto、Kousuke Hanada、Yoshiki Habu, Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conferences 2016
  • 発表場所: The Westin Resort and Conference Center Awaji Island、Hyogo、Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transcriptomic Changes are Differentially Regulated in Roots and Shoots of soil-Grown Arabidopsis thaliana plants in Response to a Drought Stress (2016)
  • 著者名/発表者名: Sultana Rasheed, Khurram Bashir, Akihiro Matsui, Maho Tanaka, Motoaki Seki
  • 学会等名: The 27th International Conference on Arabidopsis research (ICAR2016)
  • 発表場所: Gyeongju, Korea
  • 国際学会
• [学会発表] Novel stress-inducible antisense RNAs of protein-coding loci are synthesized by Arabidopsis RDRs (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Matsui, Kei Iida, Maho Tanaka, Katsushi Yamaguchi, Kayoko Mizuhashi, Jong-Myong Kim, Norio Kobayashi, Shuji Shigenobu, Kazuo Shinozaki, Tetsuro Toyoda, and Motoaki Seki
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conferences 2016
  • 発表場所: The Westin Resort and Conference Center Awaji Island、Hyogo、Japan
  • 国際学会
• [図書] Salinity Responses and Tolerance in Plants, Volume 2: Exploring RNAi, Genome Editing and Systems Biology (2018)
  • 著者名/発表者名: Ueda, M., Sako, K. and Seki, M.
  • 出版者: Springer
• [図書] Survival Strategies in Extreme Cold and Desiccation: Adaptation Mechanisms and their Applications. Series of Advances in Experimental Medicine and Biology (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakaminami, K. and Seki, M.
  • 出版者: Springer Japan
• [図書] In "Methods in Molecular Biology - Root Development - (Edited by Drs. Elke Barbez and Daniela Ristova)". (2017)
  • 著者名/発表者名: Bashir, K., Rasheed, S., Matsui, A., Iida, K., Tanaka, M. and Seki, M.
  • 出版者: Springer
• [備考] 理化学研究所環境資源科学研究センター植物ゲノム発現研究チームホームページ
  • URL: http://www.csrs.riken.jp/jp/labs/pgnrt/index.html