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2019 年度 実績報告書

データ駆動型アプローチによるエピゲノムを介したイネ胚乳の遺伝子発現制御機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19J00745
研究機関国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構

研究代表者

西田 帆那  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
キーワードエピゲノム / ヒストン修飾 / DNAメチル化 / イネ / 胚乳 / 遺伝子発現制御
研究実績の概要

本研究ではデータ駆動型アプローチを用いてイネ胚乳の物質貯蔵に関わる複合的な遺伝子発現制御ネットワークを解明することを目的としている。
他の組織に比べてイネ胚乳では胚乳特異的発現遺伝子の遺伝子内のCHGメチル化が大きく減少することが明らかにされている。胚乳特異的発現遺伝子の脱メチル化に関与する遺伝子を明らかにするため、胚乳において発現するDNA脱メチル化酵素遺伝子であるOsROS1遺伝子に着目し、CRISPR-Cas9システムを用いたゲノム編集を行ってOsROS1プロモーター領域にランダムな欠損を持つ複数の系統を作出した。また、H3K9me2は遺伝子発現抑制に働くことが示唆されており、胚乳では胚乳特異的発現遺伝子のH3K9me2が除去されると考えられる。シロイヌナズナではヒストンH3K9脱メチル化酵素であるIBM1が遺伝子内のH3K9me2除去に機能することが明らかにされている。そこでトランスクリプトームデータから胚乳特異的に発現するIBM1のホモログを探索し、4つのIBM1様H3K9脱メチル化酵素候補遺伝子を同定した。加えて、トランスクリプトームデータから胚乳特異的に発現が抑制されるヒストンメチル化酵素遺伝子及び、胚乳特異的に発現が高いヒストン脱メチル化酵素遺伝子を同定した。IBM1様H3K9脱メチル化酵素候補遺伝子についてはCRISPR-Cas9システムを用いてノックアウト体の作出を行い、うち2つの遺伝子について変異が導入された系統を得ることができた。
また転写因子による遺伝子発現制御機構を明らかにするため、ChIP-seq及びDAP-seqを行い複数の転写因子について結合領域を明らかにすることができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

胚乳特異的発現遺伝子のDNA脱メチル化や胚乳特異的なヒストンH3K9脱メチル化に関与すると考えられる候補遺伝子など研究計画の鍵となる遺伝子の変異体を作製することができた。また、RNA-seqやChIP-seq、DAP-seqのライブラリー調整と基本的なインフォマティクスの技術を身につけることができたため。

今後の研究の推進方策

OsROS1遺伝子の発現抑制系統を選抜し、遺伝子抑制胚乳の表現型を観察するとともに、MethylC-seqにより DNAメチロームを取得して、胚乳特異的発現遺伝子の発現制御におけるOsROS1遺伝子の機能を明らかにする。また、IBM1様H3K9脱メチル化酵素候補遺伝子のノックアウト胚乳を用いてChIP-seqを行いヒストン修飾のパターンを検出するとともに、RNA-seqを行いH3K9me2のトランスクリプトームへの影響を明らかにする。加えて本年度同定したヒストンメチル化酵素遺伝子及びヒストン脱メチル化酵素遺伝子の発現抑制体を作出し、胚乳特異的発現遺伝子の発現制御への影響を検証する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Autoregulation of nodulation pathway is dispensable for nitrate-induced control of rhizobial infection2020

    • 著者名/発表者名
      Nishida Hanna、Ito Momoyo、Miura Kenji、Kawaguchi Masayoshi、Suzaki Takuya
    • 雑誌名

      Plant Signaling & Behavior

      巻: 15 ページ: 1733814~1733814

    • DOI

      10.1080/15592324.2020.1733814

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Autoregulation of Legume Nodulation by Sophisticated Transcriptional Regulatory Networks2019

    • 著者名/発表者名
      Suzaki Takuya、Nishida Hanna
    • 雑誌名

      Molecular Plant

      巻: 12 ページ: 1179~1181

    • DOI

      10.1016/j.molp.2019.07.008

    • 査読あり
  • [学会発表] ミヤコグサNLP転写因子は硝酸に応答して根粒形成初期過程を制御する2020

    • 著者名/発表者名
      西田 帆那, 野元 美佳, 伊藤 百代, 鈴木 孝征, 西嶋 遼, 川勝 泰二, 多田 安臣, 川口 正代司, 寿崎 拓哉
    • 学会等名
      第61回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] ミヤコグサNLP転写因子による硝酸に応答した根粒共生抑制制御機構の解析2019

    • 著者名/発表者名
      西田 帆那, 野元 美佳, 伊藤 百代, 鈴木 孝征, 川勝 泰二, 西嶋 遼, 多田 安臣, 川口 正代司, 寿崎 拓哉
    • 学会等名
      日本育種学会第136回講演会
  • [学会発表] 硝酸による根粒共生初期過程の抑制制御におけるミヤコグサNLP遺伝子の働き2019

    • 著者名/発表者名
      西田 帆那, 野元 美佳, 伊藤 百代, 鈴木 孝征, 川勝 泰二, 西嶋 遼, 多田 安臣, 川口 正代司, 寿崎 拓哉
    • 学会等名
      日本植物学会第83回大会

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公開日: 2021-01-27  

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