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2016 年度 実施状況報告書

エピジェネティック修飾に関わる自然選択の検出

研究課題

研究課題/領域番号 15K18585
研究機関総合研究大学院大学

研究代表者

宅野 将平  総合研究大学院大学, 先導科学研究科, 助教(特定有期雇用) (20547294)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードエピジェネティクス / ゲノム進化 / 自然選択
研究実績の概要

DNAメチル化は、エピジェネティクスによる発現制御機構の一つである。このDNAメチル化は、様々な生物で見られる。高等生物では、DNAメチル化は遺伝子発現抑制、特にトランスポゾンの発現を抑制し、トランスポゾンの転移によるゲノムの損傷を防いでいる。しかし、遺伝子の転写領域に見られるDNAメチル化は、機能が未知である。本研究では、このDNAメチル化を遺伝子内メチル化と呼称している。遺伝子内メチル化を持つ遺伝子は発現抑制を行わず、むしろ遺伝子内メチル化は高い発現量を示す遺伝子に観察される。申請者は、遺伝子内メチル化が植物のオーソログ間で保存されていることを発見してきた。このことは、遺伝子内メチル化が進化的に重要であることを示唆した。しかし、他の研究では、複数の植物が遺伝子内メチル化を失っても生きていることを発表している。
本研究では、遺伝子内メチル化の進化的意義をより深く理解するため、長期進化の過程において遺伝子内メチル化が変化している遺伝子に着目した。シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)とA. lyrataで遺伝子内メチル化の有無が変化している遺伝子を同定し、さらにCapsella grandifloraを外群とすることで、どちらの種で変化が実際に起こったかを推定した。これらのデータから、遺伝子内メチル化の変異率を推定した。遺伝子内メチル化の変異率は、おおむね点突然変異率と同等であった。さらに、遺伝子内メチル化の変異が起こりやすい遺伝子の特徴を明らかにした。遺伝子発現量が低く、遺伝子長の短い遺伝子でこのような変異が起こりやすいことが明らかになった。このような遺伝子では、遺伝子内メチル化はそれほど重要でないと考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

前年度の研究では、前回の報告書で計画した通りの進捗が得られた。本研究はゲノムとエピゲノムの進化的インタラクションを検出することにある。遺伝子内メチル化は進化的に保存される傾向にあるが、例外が存在する。前年度は、シロイヌナズナとA. lyrataで遺伝子内メチル化の有無に変化が起こっている例外的な遺伝子を約400同定した。これらの遺伝子は発現量が低く、遺伝子長が短い。そうでない遺伝子には、遺伝子内メチル化に変化が見られにくい。つまり、遺伝子内メチルに自然選択がかかている可能性が提示された。さらに、今年度推進予定の研究の予備的研究も行えたため、本研究は非常に順調であると考える。

今後の研究の推進方策

これまでの研究で、様々な植物種のDNAメチル化パターン、特に遺伝子内メチル化の進化学的解析を行ってきた。ここまでは、一千万から数億年前に分岐した植物種のメチル化パターンを比較してきた。本研究の集大成として、最終年度はシロイヌナズナ集団におけるDNAメチル化変異の集団遺伝学的解析を行う。つまり、シロイヌナズナの異なる個体間で見られるDNAメチル化、特に遺伝子内メチル化の違いに着目する。本研究の最終目的は、エピジェネティック修飾、特にDNAメチル化にかかる自然選択を検出することである。DNA変異にかかる自然選択の検出には、集団遺伝学的手法が最も適している。この手法をDNAメチル化変異に適応し、自然選択の検出を試みる。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of California, Irvine(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of California, Irvine
  • [雑誌論文] The evolutionary dynamics of orthologs that shift in gene body methylation between Arabidopsis species.2017

    • 著者名/発表者名
      S. Takuno, D. K. Seymour, B. S. Gaut
    • 雑誌名

      Molecular Biology and Evolution

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      doi: 10.1093/molbev/msx099

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 陸上植物における遺伝子領域のDNAメチル化の進化パターン.2016

    • 著者名/発表者名
      宅野将平, J. H. Ran, B. S. Gaut
    • 学会等名
      日本遺伝学会第88大会
    • 発表場所
      日本大学
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-10
  • [学会発表] 植物における遺伝子内メチル化の進化パターン.2016

    • 著者名/発表者名
      宅野将平
    • 学会等名
      木原生物学研究所ミニ研究集会
    • 発表場所
      木原生物学研究所
    • 年月日
      2016-07-29 – 2016-07-29
    • 招待講演
  • [学会発表] 陸上植物におけるゲノムサイズとDNAメチル化レベルの共進化.2016

    • 著者名/発表者名
      宅野将平, J. H. Ran, B. S. Gaut
    • 学会等名
      第10回日本エピジェネティクス研究会
    • 発表場所
      千里ライフサイエンスセンター
    • 年月日
      2016-05-19 – 2016-05-20
  • [備考] Takuno Lab

    • URL

      https://sites.google.com/site/shoheitakuno/

URL: 

公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-02-16  

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