陸上植物の世代交代を制御するエピゲノム・遺伝子発現相関の解明

• 研究領域: ゲノム・遺伝子相関：新しい遺伝学分野の創成
• 研究課題/領域番号: 24113521
• 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: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 玉田 洋介 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 助教 (50579290)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円); 2013年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2012年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: エピゲノム / 発生 / 遺伝子発現制御 / ライブイメージング / 植物

研究概要

陸上植物は、受精によって配偶体 (n) 世代から胞子体 (2n) 世代へと世代交代を行う。本研究では、クロマチン状態と遺伝子発現の相互作用を「エピゲノム・遺伝子発現相関」と名付け、陸上植物の受精による世代交代を制御するエピゲノム・遺伝子発現相関を解明することを目的とする。コケ植物ヒメツリガネゴケでは、抑制型クロマチン修飾H3K27me3の唯一の触媒酵素PpCLFの発現が受精によって消失する。それに端を発するエピゲノム・遺伝子発現相関を、①次世代シーケンサーを用いたトランスクリプトーム・エピゲノム解析、②胞子体の発生プログラムに機能する遺伝子（胞子体発生遺伝子）の同定と機能解析、③胞子体発生遺伝子とクロマチン修飾の卵細胞核4Dライブイメージング、によって解明することを試みた。
①ヒメツリガネゴケの配偶体世代におけるヒストン変異種H3.3のエピゲノムが、他の陸上植物の胞子体世代とは異なることを示唆する結果を得た。この結果と、前年度までに得られていたH3K4me3エピゲノムが胞子体の発生に寄与することを示す結果をまとめて、二報の論文を執筆中である。
②配偶体世代ではPpCLF/H3K27me3によって抑制され、PpCLFが消失した胞子体では脱抑制され発現する約100の胞子体発生遺伝子候補について、過剰発現体および欠失株を作出中である。これまでに、配偶体に過剰発現させると形態異常を生じる遺伝子として、Class I Knotted-like homeobox (KNOX1) 、KNOX2、Sporophyte development regulator1 (SDR1) 、SDR2を同定した。
③受精過程におけるクロマチン修飾の細胞核4Dライブイメージングを高確率で成功させる手法を確立した。また、造卵器細胞が卵細胞の精細な観察を妨げている問題を解決するため、造卵器から卵細胞を取り出して受精を行うin vitro受精系、および組織内部の精細な観察を行う補償光学顕微鏡の研究開発とそれを用いたライブイメージングの条件検討を行った。

現在までの達成度 (区分)

理由

25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

25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] WOX13-like genes are required for reprogramming of leaf and protoplast cells into stem cells in the moss Physcomitrella patens. (2014)
  • 著者名/発表者名: Keiko Sakakibara, Pascal Reisewitz, Tsuyoshi Aoyama, Thomas Friedrich, Sayuri Ando, Yoshikatsu Sato, Yosuke Tamada, Tomoaki Nishiyama, Yuji Hiwatashi, Tetsuya Kurata, Masaki Ishikawa, Hironori Deguchi, Stefan A. Rensing, Wolfgang Werr, Takashi Murata, Mitsuyasu Hasebe, Thomas Laux
  • 雑誌名: Development 巻: 141 号: 8 ページ: 1660-1670
  • DOI: 10.1242/dev.097444
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optical property analyses of plant cells for adaptive optics microscopy. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada, Takashi Murata, Masayuki Hattori, Shin Oya, Yutaka Hayano, Yasuhiro Kamei, Mitsuyasu Hasebe
  • 雑誌名: International Journal of Optomechatronics 巻: 8 号: 2 ページ: 89-99
  • DOI: 10.1080/15599612.2014.901455
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of the class IV HD-zip gene family in streptophytes. (2013)
  • 著者名/発表者名: Christopher S. Zalewski, Sandra K. Floyd, Chihiro Furumizu, Keiko Sakakibara, Dennis W. Stevenson, John L. Bowman
  • 雑誌名: Molecular Biology and Evolution 巻: 30 号: 10 ページ: 2347-2365
  • DOI: 10.1093/molbev/mst132
  • 査読あり
• [雑誌論文] 蘚苔類の世代交代とその制御因子 (2013)
  • 著者名/発表者名: 榊原恵子
  • 雑誌名: 蘚苔類研究 巻: 10 ページ: 393-397
• [雑誌論文] 陸上化した植物たちがたどって来た道 (2013)
  • 著者名/発表者名: 榊原恵子
  • 雑誌名: 植物学会HP研究トピック 第10回 巻: -
• [雑誌論文] 陸上植物の世代交代の謎にせまる～遺伝子重複と機能分化による胞子体の劇的な形態進化～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 榊原恵子
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 51 ページ: 595-596
• [雑誌論文] KNOX2 genes regulate the haploid-to-diploid morphological transition in land plants (2013)
  • 著者名/発表者名: Sakakibara, K., Ando, S., Yip, H.K., Tamada, Y., Hiwatashi, Y., Murata, T., Deguchi, H., Hasebe, M., and Bowman, J.L.
  • 雑誌名: Science 巻: 339 号: 6123 ページ: 1067-1070
  • DOI: 10.1126/science.1230082
  • 査読あり
• [雑誌論文] コケ植物のエボデボから見えてきた胞子体の複雑化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 榊原 恵子
  • 雑誌名: 生物の科学 遺伝 巻: 1 ページ: 39-44
• [雑誌論文] Reliable detection of epigenetic histone marks and nuclear proteins in tissue cryosections. (2012)
  • 著者名/発表者名: Eberhart A
  • 雑誌名: Chromosome Res 巻: 20 号: 7 ページ: 849-858
  • DOI: 10.1007/s10577-012-9318-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chromosome-wide regulation of euchromatin-specific 5mC to 5hmC conversion in mouse ES cells and female human somatic cells. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kubiura M
  • 雑誌名: Chromosome Res 巻: 20 号: 7 ページ: 837-848
  • DOI: 10.1007/s10577-012-9317-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] 内在性蛋白質翻訳後修飾の生細胞計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏ら
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 52 ページ: 234-235
• [学会発表] Epigenome analysis of the cell-fate determination and transition. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada, Tetsuya Kurata, Yuji Hiwatashi, Yukiko Kabeya, Tomoaki Nishiyama, Takashi Murata, Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: Symposium “Frontier of plant epigenome regulation” at the 55th annual meeting of the Japanese Society of Plant Physiologists
  • 発表場所: University of Toyama (Toyama, Toyama, Japan)
  • 招待講演
• [学会発表] 補償光学顕微鏡試作機の開発とそれを用いた高解像度観察の実際 (2014)
  • 著者名/発表者名: 玉田洋介、服部雅之、大屋真、村田隆、野中茂紀、早野裕、亀井保博、長谷部光泰
  • 学会等名: シンポジウム『すばる望遠鏡から顕微鏡へ：高解像・高感度観察を可能にする次世代補償光学系に向けて』
  • 発表場所: 国立天文台（東京都三鷹市）
• [学会発表] 次世代天文補償光学装置の方向性と顕微鏡応用への展望 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大屋真、服部雅之、早野裕、玉田洋介、村田隆、野中茂紀、亀井保博、長谷部光泰
  • 学会等名: シンポジウム『すばる望遠鏡から顕微鏡へ：高解像・高感度観察を可能にする次世代補償光学系に向けて』
  • 発表場所: 国立天文台（東京都三鷹市）
• [学会発表] 補償光学システム入門 (2014)
  • 著者名/発表者名: 早野裕、大屋真、服部雅之、玉田洋介、村田隆、野中茂紀、亀井保博、長谷部光泰
  • 学会等名: シンポジウム『すばる望遠鏡から顕微鏡へ：高解像・高感度観察を可能にする次世代補償光学系に向けて』
  • 発表場所: 国立天文台（東京都三鷹市）
• [学会発表] Development of adaptive optics microscopy to observe plant cells. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada et al.
  • 学会等名: The 10th NIBB-EMBL Symposium 2013 Quantitative Bioimaging
  • 発表場所: Okazaki
  • 年月日: 2013-03-17
• [学会発表] Optical property analyses of plant cell for adaptive optics microscopy. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada, Takashi Murata, Masayuki Hattori, Shin Oya, Yutaka Hayano, Yasuhiro Kamei, Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: International Symposium on Optomechatronic Technologies
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] 天体観測に用いる補償光学を応用したライブイメージングの新展開 (2013)
  • 著者名/発表者名: 玉田洋介
  • 学会等名: 定量生物学の会第６回年会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府大阪市）
  • 招待講演
• [学会発表] 天体観測に用いる補償光学を応用した新規細胞観察手法の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 玉田洋介
  • 学会等名: 第２回NINS Colloquium
  • 発表場所: ヤマハリゾートつま恋（静岡県掛川市）
• [学会発表] 高解像度観察を可能にする補償光学 ～すばる望遠鏡の技術から顕微鏡技術へ～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 服部雅之、玉田洋介、早野裕、亀井保博
  • 学会等名: 第204回生物科学セミナー
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
• [学会発表] すばる望遠鏡から顕微鏡へ：高解像度観察を可能にする補償光学の新展開 (2013)
  • 著者名/発表者名: 服部雅之、玉田洋介
  • 学会等名: 第120回KARCコロキウム
  • 発表場所: 未来ICT研究所（兵庫県神戸市）
• [学会発表] 天体観測に用いる補償光学を応用した新規ライブイメージング手法の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 玉田洋介、服部雅之、大屋真、村田隆、亀井保博、早野裕、長谷部光泰
  • 学会等名: 日本遺伝学会第85回大会
  • 発表場所: 慶応大学（神奈川県横浜市）
• [学会発表] ヒストン翻訳後修飾の生細胞動態可視化プローブの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: 博多
  • 年月日: 2012-12-14
• [学会発表] ヒストン修飾動態制御の単一細胞解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会大会
  • 発表場所: 博多
  • 年月日: 2012-12-11
• [学会発表] クロマチン修飾と非コードRNA が制御するエコロジカル・エピジェネティクス (2012)
  • 著者名/発表者名: 玉田 洋介
  • 学会等名: 第44回種生物学シンポジウム
  • 発表場所: 高島
  • 年月日: 2012-12-07
  • 招待講演
• [学会発表] HIRA complex regulates H3K27me3 and transcription in the moss Physcomitrella patens. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada et al.
  • 学会等名: The 4th NIBB-MPIPZ-TLL Symposium Arabidopsis and Emerging Model Systems
  • 発表場所: Okazaki
  • 年月日: 2012-11-19
• [学会発表] Studies for development of adaptive optics microscope toward observation of a plant cell. (2012)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Hattori et al.
  • 学会等名: 2012 University of Carifornia Center for Adaptive Optics Fall Science Retreat and Workshops
  • 発表場所: Lake Arrowhead, CA
  • 年月日: 2012-11-01
• [学会発表] Observation and simulation of the deflection of light through the plant cell. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada et al.
  • 学会等名: 2012 University of Carifornia Center for Adaptive Optics Fall Science Retreat and Workshops
  • 発表場所: Lake Arrowhead, CA
  • 年月日: 2012-11-01
• [学会発表] ヒメツリガネゴケからみる陸上植物の発生進化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 榊原 恵子
  • 学会等名: 日本植物学会第76回大会
  • 発表場所: 姫路
  • 年月日: 2012-09-15
• [学会発表] Physcomitrella WOX genes are necessary for the formation of stem cells from differentiated leaf cells. (2012)
  • 著者名/発表者名: Keiko Sakakibara et al.
  • 学会等名: Moss 2012
  • 発表場所: New York, NY
  • 年月日: 2012-06-16
• [学会発表] H3.3 chaperon complex HIRA functions in regulating H3K27me3 modification. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada et al.
  • 学会等名: International Symposium on Epigenetic Regulation in Higher Plants
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2012-04-19
  • 招待講演
• [学会発表] Physcomitrella WOX genes are necessary for the formation of stem cells from differentiated leaf cells. (2012)
  • 著者名/発表者名: Keiko Sakakibara et al.
  • 学会等名: Third Marchantia workshop
  • 発表場所: Aso
• [備考] 基礎生物学研究所 ウェブサイト （生物進化研究部門）
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/sections/evolutionary_biology_and_biodiversity/hasebe/
• [備考] 基礎生物学研究所 生物進化研究部門 研究室ウェブサイト
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodevo/
• [備考] 基礎生物学研究所（生物進化研究部門） ウェブサイト
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/sections/evolutionary_biology_and_biodiversity/hasebe/
• [備考] 生物進化研究部門 ウェブサイト
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodevo/
• [産業財産権] 補償光学系及び光学装置 (2013)
  • 発明者名: 服部雅之、玉田洋介、村田隆、亀井保博、長谷部光泰、早野裕、大屋真
  • 権利者名: 同左、および自然科学研究機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-195943
  • 出願年月日: 2013-09-20