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: 26113717
• 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): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円); 2015年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2014年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
• 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

研究実績の概要

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との相互作用を「エピゲノム・遺伝子発現相関」と名づけ、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した。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の唯一の修飾酵素PpCLFの発現が受精によって消失することが知られている。その消失に端を発するエピゲノム・遺伝子発現相関の変動を、次世代シーケンサーを用いたエピゲノム・トランスクリプトーム解析とライブイメージングによって解明することを試みた。
平成２６年度までに、エピゲノム・トランスクリプトーム解析によって、ヒストンバリアントH3.3がH3K27メチル化に機能することを明らかにし、H3.3が受精によるエピゲノム変動に寄与することを示唆する結果を得た。本年度は、主にクロマチン免疫沈降法-qPCR、逆転写-qPCR、ウェスタンブロット解析などによって、エピゲノム・トランスクリプトーム解析の結果を個別の遺伝子、タンパク質について検証、確認した。さらに、これらの結果をまとめて論文を執筆した。
また、胞子体の発生に機能する遺伝子として単離したSDR1、SDR2遺伝子について、遺伝子欠失株と蛍光タンパク質遺伝子 (YFP) 挿入株を作出し、受精前後における欠失株の表現型やタンパク質の発現パターンを観察した。その結果、SDR遺伝子群が受精後の初期胚発生に機能することを示す結果を得た。上記の遺伝子欠失株、YFP挿入株に、開発済みのクロマチン修飾検出プローブを導入する実験が進行中である。これによって、遺伝子欠失株におけるクロマチン修飾動態観察、およびSDRタンパク質とクロマチン修飾の同時ライブイメージングが可能となり、受精後のエピゲノム変動に対するSDRタンパク質の機能を解明できる。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Freiburg(Germany)
• [国際共同研究] Tel Aviv University(Israel)
• [雑誌論文] The Polycomb group protein CLF emerges as a specific tri-methylase of H3K27 regulating gene expression and development in Physcomitrella patens (2016)
  • 著者名/発表者名: Idan Pereman, Assaf Mosquna, Aviva Katz, Gertrud Wiedemann, Daniel Lang, Eva L. Decker, Yosuke Tamada, Takaaki Ishikawa, Tomoaki Nishiyama, Mitsuyasu Hasebe, Ralf Reski, Nir Ohad
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta-Gene Regulatory Mechanisms 巻: in press
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Class III HD-Zip activity coordinates leaf development in Physcomitrella patens. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yip, H. K., Floyd, S. K., Sakakibara, K., Bowman, J. L.
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: S0012-1606(15) 号: 1 ページ: 30324-9
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2016.01.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Technological Innovations Give Rise to a New Era of Plant Evolutionary Developmental Biology (2016)
  • 著者名/発表者名: Sakakibara, K.
  • 雑誌名: Advances in Botanical Research 巻: 78 ページ: 3-35
  • DOI: 10.1016/bs.abr.2016.01.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TALE型ホメオボックス遺伝子族の進化による陸上植物複相の複雑化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 榊原恵子、古水千尋
  • 雑誌名: BSJ-Review 巻: ７B ページ: 66-77
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A flowering integrator, SOC1, affects stomatal opening in Arabidopsis thaliana. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuriko Kimura, Saya Aoki, Eigo Ando, Ayaka Kitatsuji, Aiko Watanabe, Masato Ohnishi, Koji Takahashi, Shin-ichiro Inoue, Norihito Nakamichi, Yosuke Tamada, Toshinori Kinoshita
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 巻: 56 号: 4 ページ: 640-649
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu214
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Antagonistic Roles for KNOX1 and KNOX2 Genes in Patterning the Land Plant Body Plan Following an Ancient Gene Duplication (2015)
  • 著者名/発表者名: Furumizu, C., Alvarez, J. P., Sakakibara, K., Bowman J. L.
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 11 号: 2 ページ: e1004980-e1004980
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1004980
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 陸上植物の複相の巨大化と複雑化に貢献したホメオボックス遺伝子の重複と機能分化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 榊原 恵子
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 33 ページ: 872-877
• [学会発表] Epigenetic analysis of the stem-cell formation in the moss Physcomitrella patens (2016)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada, Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: Vienna International Conference Series 2016 "Plant Model Species: Fundamentals and Applications"
  • 発表場所: Bundesamtsgebaeude Radetzkystrasse (Vienna, Austria)
  • 年月日: 2016-02-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 陸上植物におけるヒストンバリアントH3.3のゲノムワイドな局在とエピゲノムへの機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉田洋介、程朝陽、西山智明、壁谷幸子、日渡祐二、久保稔、倉田哲也、長谷部光泰
  • 学会等名: BMB2015 ワークショップ「植物エピゲノム研究の最前線」
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] Epigenetics: Toward deciphering the cellular and developmental plasticity in plants (2015)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada
  • 学会等名: NIBB Retreat "There is no border within science"
  • 発表場所: Okazaki Conference Center (Okazaki, Aichi)
  • 年月日: 2015-11-24
  • 招待講演
• [学会発表] 植物の細胞記憶を制御するエピジェネティクス機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉田洋介、程朝陽、西山智明、壁谷幸子、日渡祐二、久保稔、倉田哲也、長谷部光泰
  • 学会等名: 日本植物学会第79会大会 シンポジウム「植物の環境認識と自律分散型情報統御システム」
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2015-09-06
  • 招待講演
• [学会発表] KNOX遺伝子の遺伝子重複と新規機能獲得によってもたらされた陸上植物の世代交代の制御の分子機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 榊原恵子、西山智明、塚谷裕一
  • 学会等名: 日本進化学会第17回大会
  • 発表場所: 中央大学後楽園キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-08-21
• [学会発表] The chicken or the egg?: Cooperative relationship between the transcription and chromatin modifications in the process of cell-fate changes (2015)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada
  • 学会等名: A consortium of plant epigeneticists in Japan
  • 発表場所: 国立遺伝学研究所（静岡県三島市）
  • 年月日: 2015-07-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] KNOX gene family regulate the alternation of generations in land plants (2015)
  • 著者名/発表者名: Keiko Sakakibara
  • 学会等名: Symposium "A Broader view for Plant EvoDevo: novel approaches for diverse model systems" in Botany 2015
  • 発表場所: The Shaw Conference Centre (Edmonton, Canada)
  • 年月日: 2015-07-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 世代交代を制御する転写因子KNOX2の下流遺伝子の探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 榊原恵子、西山智明、塚谷裕一
  • 学会等名: NGS現場の会第4回大会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-07-01
• [学会発表] HIRA and histone variant H3.3 regulate H3K27me3 and transcription in the moss Physcomitrella patens (2015)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada, Chaoyang Cheng, Tomoaki Nishiyama, Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: International Symposium of Correlative Gene System "Establishing Next-Generation Genetics"
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム甍（奈良県奈良市）
  • 年月日: 2015-05-28
  • 国際学会
• [学会発表] 世代交代を制御する転写調節因子KNOX2遺伝子の下流遺伝子の探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 榊原 恵子、西山 智明、塚谷 裕一
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学（東京都世田谷区）
  • 年月日: 2015-03-16
• [学会発表] 基部陸上植物におけるヒストンH3.3バリアントとHIRAの機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉田 洋介
  • 学会等名: 第2回ヒストンバリアント研究会
  • 発表場所: 東京工業大学（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2015-02-28
  • 招待講演
• [学会発表] Epigenetic reprogramming of the stem-cell formation in the moss Physcomitrella patens. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada, Tetsuya Kurata, Masayuki Hattori, Yutaka Hayano, Yasuhiro Kamei, Yuji Hiwatashi, Yukiko Kabeya, Tomoaki Nishiyama, Takashi Murata, Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: Plant reprogramming workshop
  • 発表場所: RIKEN (Yokohama, Kanagawa)
  • 年月日: 2014-11-28
  • 招待講演
• [学会発表] Epigenome analysis of the stem-cell formation in the moss Physcomitrella patens. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada, Tetsuya Kurata, Masayuki Hattori, Yutaka Hayano, Yasuhiro Kamei, Yuji Hiwatashi, Yukiko Kabeya, Tomoaki Nishiyama, Takashi Murata, Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: The 37th annual meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • 発表場所: Pacifico Yokohama (Yokohama, Kanagawa)
  • 年月日: 2014-11-27
• [学会発表] 天体観測に用いる補償光学を応用した細胞核ライブイメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 玉田 洋介
  • 学会等名: 新学術領域「ゲノム・遺伝子相関」平成26年度若手の会
  • 発表場所: 上郷・森の家（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-11-01
• [学会発表] Epigenomic analysis of the stem-cell formation in land plants. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tamada
  • 学会等名: Invited seminar at Huazhong Agricultural University
  • 発表場所: Huazhong Agricultural University (Wuhan, China)
  • 年月日: 2014-09-30
  • 招待講演
• [学会発表] KNOX遺伝子族の進化による陸上植物複相の複雑化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 榊原 恵子、古水 千尋、John L. Bowman
  • 学会等名: 日本植物学会第78回大会
  • 発表場所: 明治大学（神奈川県川崎市）
  • 年月日: 2014-09-12
• [学会発表] 陸上植物の世代交代を制御するバイバレントクロマチン状態 (2014)
  • 著者名/発表者名: 玉田 洋介、石川 貴章、長谷部 光泰
  • 学会等名: 第26回高遠・分子細胞生物学シンポジウム
  • 発表場所: 高遠さくらホテル（長野県伊那市）
  • 年月日: 2014-08-28 – 2014-08-29
  • 招待講演
• [学会発表] コケ植物の再生能力とその制御因子 (2014)
  • 著者名/発表者名: 榊原 恵子
  • 学会等名: 日本蘚苔類学会第43回大会
  • 発表場所: 奥入瀬渓流ホテル（青森県十和田市）
  • 年月日: 2014-08-27
• [学会発表] KNOX遺伝子は陸上植物の世代交代を制御する (2014)
  • 著者名/発表者名: 榊原 恵子
  • 学会等名: 進化学会16回年会
  • 発表場所: 高槻現代劇場（大阪府高槻市）
  • 年月日: 2014-08-21
• [学会発表] 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 Rensing, Wolfgang Werr, Takashi Murata, Mitsuyasu Hasebe, Thomas Laux
  • 学会等名: 47th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
  • 発表場所: Winc Aichi (Nagoya, Aichi)
  • 年月日: 2014-05-27
• [図書] 植物の世代交代制御因子の発見、遺伝子から探る生物進化シリーズ、斉藤成也、塚谷裕一、高橋淑子監修 (2016)
  • 著者名/発表者名: 榊原恵子
  • 総ページ数: 170
  • 出版者: 慶応義塾大学出版会
• [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/