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2021 年度 実施状況報告書

mitoTALEN法を用いた植物ミトコンドリアゲノム修復と細胞質雄性不稔の解析

研究課題

研究課題/領域番号 19KK0391
研究機関東京大学

研究代表者

有村 慎一  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (00396938)

研究期間 (年度) 2020 – 2022
キーワードミトコンドリア / ゲノム編集
研究実績の概要

2021年度もコロナ禍のために共同研究先への直接訪問は叶わなかった。しかしながら、昨年度に米国で開発された哺乳類ミトコンドリアゲノム編集技術一文字編集について、これを応用することで、葉緑体ゲノムの標的一文字塩基置換法を確立することができ、これを論文発表した。当該技術は韓国のグループと同着で論文掲載されたが、新聞やウェブサイトなど国内外で多数紹介してもらうことができた。この技術を新たに武器に加えて、当該国際共同研究では、植物側の(標的配列に二重鎖切断を起こすだけでなく、塩基の置換によるミスマッチを起こした時の)修復機構について解析が可能となり、こちらにもその研究対象を広げて現在も引き続き実験中である。植物ミトコンドリアゲノムについても標的一文字塩基編集が成功できており、こちらは執筆時に論文アクセプトがされており、2022年度中に論文公開される予定である。植物ミトコンドリアゲノム編集の第一世代、DNA二重鎖切断を引き起こす方法では、大規模な延期欠失とゲノム構造が変化してしまうという特徴があったが、新しい塩基置換方法は、そのような大きな変化を起こすことなく、ピンポイントに一文字だけの改変が可能であり、この点でも新しい技術と解析方法につながっている。植物ミトコンドリアゲノムについての標的切断技術、ミトコンドリアと葉緑体についての一文字編集技術は、比較的難しい技術であることもあり、さらに国内外から共同研究による実行を打診され、できる限り引き受けている。このため、当初予定を超えた共同研究数、植物の種類や対象遺伝子数が増え、また多角的な遺伝子撹乱による解析ができることから深みのある研究考察につながることで、質的にも良い方向に向かっており、2022年度も引き続き発展展開させていきたいと考えている。

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

コロナ禍下のため、共同研究先への滞在は叶わなかったが、互いの実験材料を送り合い、できる部分を分担して行うこと、並びに新たなゲノム編集技術の利用と開発によって、思わぬ進展が見られた。ミトコンドリアゲノム編集技術は、切断酵素による第一世代から一文字編集の第二世代に進むことができたほか、ミトコンドリアゲノムだけではなく葉緑体ゲノムもその標的に加えることができるようになり、これらによる人為変化実験と、その変化に対する植物側の修正機構について当初予定を超えて深く広く解析を進展することができている。

今後の研究の推進方策

引き続きコロナ禍による移動制限、滞在と交流の難しさがあるが、2022年度は二箇所の共同研究者と植物ミトコンドリア学会などを介して直接議論と情報交換を行う予定である。互いに研究と技術の進展があり、当初予定を超えた解析ができており、引き続きの実験とともに論文への落とし込みを議論しつつ残りの研究を行う予定である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 オープンアクセス 3件、 査読あり 4件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Plant genome engineering from lab to field?a Keystone Symposia report2021

    • 著者名/発表者名
      Cable Jennifer、Ronald Pamela C.、Voytas Daniel、Zhang Feng、Levy Avraham A.、Takatsuka Ayumu、Arimura Shin‐ichi、14名、Bagchi Rammyani
    • 雑誌名

      Annals of the New York Academy of Sciences

      巻: 1506 ページ: 35~54

    • DOI

      10.1111/nyas.14675

    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Targeted base editing in the plastid genome of Arabidopsis thaliana2021

    • 著者名/発表者名
      Nakazato Issei、Okuno Miki、Yamamoto Hiroshi、Tamura Yoshiko、Itoh Takehiko、Shikanai Toshiharu、Takanashi Hideki、Tsutsumi Nobuhiro、Arimura Shin-ichi
    • 雑誌名

      Nature Plants

      巻: 7 ページ: 906~913

    • DOI

      10.1038/s41477-021-00954-6

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of mitoTALENs-Directed Double-Strand Breaks on Plant Mitochondrial Genomes2021

    • 著者名/発表者名
      Arimura Shin-ichi
    • 雑誌名

      Genes

      巻: 12 ページ: 153~153

    • DOI

      10.3390/genes12020153

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigating the mitochondrial genomic landscape of Arabidopsis thaliana by long-read sequencing2021

    • 著者名/発表者名
      Masutani Bansho、Arimura Shin-ichi、Morishita Shinichi
    • 雑誌名

      PLOS Computational Biology

      巻: 17 ページ: e1008597-

    • DOI

      10.1371/journal.pcbi.1008597

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] FMT, a protein that affects mitochondrial distribution, interacts with translation-related proteins in Arabidopsis thaliana2021

    • 著者名/発表者名
      Ayabe Hiroki、Kawai Narumi、Shibamura Mitsuhiro、Fukao Yoichiro、Fujimoto Masaru、Tsutsumi Nobuhiro、Arimura Shin-ichi
    • 雑誌名

      Plant Cell Reports

      巻: 40 ページ: 327~337

    • DOI

      10.1007/s00299-020-02634-9

    • 査読あり
  • [産業財産権] 植物ゲノムの編集方法2021

    • 発明者名
      有村慎一、
    • 権利者名
      有村慎一、
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2022/002162
    • 外国

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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