| 研究課題/領域番号 |
19K06719
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
西村 泰介 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (10378581)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | DNAメチル化 / エピジェネティクス / 表現型可塑性 / 細胞リプログラミング / シロイヌナズナ |
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| 研究実績の概要 |
植物における表現型可塑性に、どの遺伝子におけるDNAメチル化が作用するかを明らかにするため、ゲノム上のDNAメチル化パターンが部分的に野生型と異なっているシロイヌナズナ系統群から単離された、再分化効率が上昇するA471系統、葉の形態に異常をきたすe16系統、及び病原菌抵抗性を示すMH011系統を用いて解析を行った。
A471系統において、これまでの連鎖解析による原因遺伝子領域の絞り込みとBS-seq解析による全ゲノム上のDNAメチル化パターンの解析に加えて、RNA-seq解析を行うことで、表現型を引き起こす原因遺伝子の同定を試みた。その結果、１番染色体上の推定原因遺伝子領域にDNAメチル化の消失と顕著な発現上昇が観察される遺伝子を１つ見出すことに成功した。さらにこの遺伝子がA471系統において、脱分化・再分化を誘導する植物ホルモンを与えることで発現が誘導されることを明らかにし、脱分化・再分化過程で作用する可能性が高いことから、非常に有力な原因遺伝子候補であることを示した。また自然界に存在するいくつかの近交系統でのこの遺伝子のDNAメチル化パターンを調べたところA471系統と同じようなパターンを示す近交系統も見つかった。
e16系統では詳細な連鎖解析により、少なくとも1番と4番染色体上に原因遺伝子が座乗することを明らかにした。e16系統で観察される葉の形態異常はオーキシン信号伝達で作用する遺伝子の突然変異体でも観察されることが報告されているが、e16系統の推定原因遺伝子領域にはDNAメチル化が減少したオーキシン信号伝達遺伝子も見出された。またe16系統では葉の形態だけでなく側根形成にも異常があることを見出し、発生初期の段階で容易に表現型の判別を行うことが可能になった。
MH011系統では病原菌抵抗性の表現型が安定に次世代に遺伝することを明らかにし、連鎖解析が可能であることを示した。
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| 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
A471系統においては、有力な候補遺伝子を１つにまで絞り込み、予定通り当該年度に、検証のための候補遺伝子の高発現植物体・ノックアウト植物体の作出も開始することができた。さらにこの候補遺伝子の脱分化・再分化過程における遺伝子発現のパターンの変化や近交系統でのクロマチン修飾解析など2020年度に予定していた研究計画にも着手することができており、計画以上に進展している。またe16系統でもA471系統と同様に原因遺伝子の座乗位置を同定することに成功し、連鎖解析に適した生育条件、観察条件も見出し、順調に推移している。一方でMH011系統では連鎖解析を進める準備は整ってきているが、まだ表現型の観察条件の確立などがやや遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
A471系統では１番染色体上の有力な候補遺伝子の高発現植物体やゲノム編集によるノックアウト植物体を2019年度に作出したため、2020年度はその表現型の解析を進め、この候補遺伝子が原因遺伝子であるかの検証を行う。この候補遺伝子の発現解析はすでに着手されているが、DNAメチル化などのクロマチン修飾解析をカルス化・シュート再生過程（脱分化・再分化過程）でどのように変化するかを調べることで、この遺伝子におけるクロマチン修飾がどのように脱分化・再分化過程に作用するか解析する。またこの遺伝子がA471系統と同じDNAメチル化パターンを示した近交系統の表現型観察、発現・クロマチン修飾解析も同様に進めることで、自然界における表現型の多様性とDNAメチル化パターンの変化と相関を明らかにする。また残りの３番染色体上の領域と５番染色体上の領域に座乗する原因遺伝子の同定も試みる。
e16系統は側根数を観察することで容易に表現型の判別を行うことが可能になったので、大規模な連鎖解析とRNA-seq解析で原因遺伝子の同定を試みる。推定領域に座乗するオーキシン信号伝達に作用する遺伝子は候補遺伝子と考えられるので、この遺伝子の発現解析も進める。
MH011系統は簡易な表現型判別の方法をまず確立し、連鎖解析に着手できるようにする。さらに病原菌抵抗性に関与する遺伝子群を解析も進め、MH011系統における病原菌抵抗性の分子メカニズムを明らかにすることを試みる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は計画通りに研究が進み、ほぼ残額が残らなかった。次年度使用額として計上される17,196円は、いくつかの消耗品が予定より 安価に購入できたことなどによる。
使用計画としては、予定の計画では購入できなかった分子生物学解析用試薬を購入する。
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