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2016 年度 実施状況報告書

ゼニゴケにおける性染色体の網羅的欠失スクリーニングの確立と性決定遺伝子の同定

研究課題

研究課題/領域番号 16K18472
研究機関京都大学

研究代表者

菅野 茂夫  京都大学, 理学研究科, 研究員 (60726313)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワードゼニゴケ / ゲノム編集 / CRISPR / X染色体
研究実績の概要

ゼニゴケのX染色体の配列情報データをまとめ、X染色体ゲノム全体もしくはcoding sequenceに対して、網羅的にgRNAを設計した。既存のgRNA設計ソフトウェアであるCasFinderを用いた場合は、X染色体ゲノム上では、広くても500塩基程度の間隔に1個のgRNAを設計することができた。一方、coding sequenceに関しては、gRNAを一つも設計されない遺伝子も多数含まれており、それら遺伝子に関しては、手動でgRNAの設計を行った。以上の過程を経て、X染色体上の遺伝子群を破壊するためのgRNAのデザインはほぼ完了したといえる。
X染色体ゲノムの欠失によるスクリーニングを行う前に、欠失がどの程度の頻度で起こるか、MpNOP1遺伝子をターゲットとして実験を行った。様々な間隔でgRNAを設計し、それぞれのgRNAを異なるゲノム編集ベクターにクローニング後、アグロバクテリウムに導入し、ゼニゴケに複数種類のアグロバクテリアを共感染させる実験を行った。その結果、二種類のアグロバクテリウムを共感染させ、一種類の薬剤で選抜した場合、20系統選抜しても、数kbp欠失するような形質転換ゼニゴケは取得できなかった。一方、異なる二種類のゲノム編集ベクターの共感染株のみ取得できるように、二種類のgRNAカセットをそれぞれ別の薬剤耐性マーカーを含むゲノム編集ベクターに導入し、二種類の薬剤で選抜した場合は、数系統に1個体は、4.5kbpを欠失するような株を取得できた。以上の結果から、ゼニゴケにおいて欠失を誘導するには、二種類のgRNAが同時に確実に発現するための工夫が必要であることが示唆された。上記の実験は、すべて切断面法を用いてアグロバクテリウムの感染を行ったが、欠失の誘導はみられたため、欠失導入には、切断面法の利用で十分であることが分かった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

網羅的gRNAの設計や、欠失の誘導には成功しているものの、ゲノム編集によるfeminizerのスクリーニングにいたっていない。生殖器官に関するスクリーニングを急ぐ必要がある。

今後の研究の推進方策

in silicoでのgRNAのデザインが完了しているので、申請書の研究計画にしたがって、網羅的遺伝子破壊を速やかに実行する。一方、研究計画時には判明していなかった事実として、gRNAを二種類以上同時に発現させることが、欠失誘導に重要であるとわかったため、gRNAを二種類以上同時に発現させるためのゼニゴケゲノム編集用ベクター構築を行う。欠失を効果的に導入する方法を確立する。先行して行う、網羅的遺伝子破壊の実験スキームに、遺伝子の欠失をX染色体上で網羅的に行う。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Rapid breeding of parthenocarpic tomato plants using CRISPR/Cas9.2017

    • 著者名/発表者名
      Ueta R, Abe C, Watanabe T, Sugano SS, Ishihara R, Ezura H, Osakabe Y, Osakabe K.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 507

    • DOI

      10.1038/s41598-017-00501-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The chemical compound bubblin induces stomatal mispatterning in Arabidopsis by disrupting the intrinsic polarity of stomatal lineage cells.2017

    • 著者名/発表者名
      Sakai Y, Sugano SS, Kawase T, Shirakawa M, Imai Y, Kawamoto Y, Sugiyama H, Nakagawa T, Hara-Nishimura I, ShimadaT
    • 雑誌名

      Development

      巻: 144 ページ: 499-506

    • DOI

      10.1242/dev.145458

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualization of specific repetitive genomic sequences with fluorescent TALEs in Arabidopsis thaliana.2017

    • 著者名/発表者名
      Fujimoto S, Sugano SS, Kuwata K, Osakabe K, Matsunaga S.
    • 雑誌名

      Journal of Experimental Botany

      巻: 67 ページ: 6101

    • DOI

      10.1093/jxb/erw371

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optimization of CRISPR/Cas9 genome editing to modify abiotic stress responses in plants.2016

    • 著者名/発表者名
      Osakabe Y, Watanabe T, Sugano SS, Ueta R, Ishihara R, Shinozaki K, Osakabe K.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 ページ: 26685

    • DOI

      10.1038/srep26685

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 半数体生物のゲノム編集-ゼニゴケとウシグソヒトヨタケを例に-2017

    • 著者名/発表者名
      菅野茂夫
    • 学会等名
      第58回 日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      鹿児島大学群元キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-18
    • 招待講演
  • [学会発表] High throughput genome editing in a haploid dominant species, Marhantia polymorha.2016

    • 著者名/発表者名
      菅野 茂夫、西浜 竜一、白川 一、松田 頼子、高木 純平、西村 いくこ、刑部 敬史、河内 孝之
    • 学会等名
      日本植物学会 第80回大会
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター
    • 年月日
      2016-09-16 – 2016-09-18
    • 招待講演

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公開日: 2018-01-16  

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