アンチセンスncRNAを介した植物の環境ストレス認識・記憶システムの解析

2016 年度 実績報告書

• 研究領域: 植物の成長可塑性を支える環境認識と記憶の自律分散型統御システム
• 研究課題/領域番号: 16H01476
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 関 原明 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (80281624)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 環境ストレス適応 / 非翻訳型RNA / アンチセンスRNA / RNA制御

研究実績の概要

これまでの解析から、RDR1,RDR2,RDR6の3重変異体(rdr1/2/6)でアンチセンスncRNAの発現が野生株と比べて減少する事を見出している。rdr1/2/6の3重変異体および野生株を用いて乾燥ストレス過程におけるトランスクリプトームをシロイヌナズナカスタムアレイを用いて解析し、乾燥ストレス条件下でrdr1/2/6におけるアンチセンスncRNAの生成量が野生株と比べて減少する遺伝子を1,136個同定した。これら遺伝子領域において乾燥ストレス条件下でRDR1/2/6依存的なsiRNAの蓄積は観察されなかった。
本研究代表者の研究室では、種々のRNA代謝に関与する遺伝子に関して、破壊型ホモ変異系統の整備を進めている。それら変異系統を用いて、アンチセンスncRNA の発現量が変化した変異体の探索を進めた。変異体の探索は、乾燥ストレス条件により強く発現誘導されるアンチセンスncRNAの1つであるRD29AアンチセンスncRNAの発現量を測定することにより進めた。その結果、DCP5遺伝子の変異体において発現量が減少し、XRN4遺伝子の変異体において発現量が増加していた。これらの結果は、センスRNAがDCP5によりdecappingされた後、センスRNAの分解産物を鋳型として、RDR1/2/6によりアンチセンスncRNAが生成することを示唆する。
乾燥ストレス処理と再吸水処理を3回繰り返し行った結果、rdr1/2/6の三重変異体において、野生株と比べて再吸水後の根の成長再開が遅れ主根が短い表現型を示した。この表現型はRDRファミリーの単一変異体や二重変異体、dcl2/3/4の変異体では観察されなかった。この結果はRDR1/2/6依存性のアンチセンスncRNAが既知のDCL2/3/4依存的なsiRNA生成を介さずに生理的に機能している事を示唆する。

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

当初の計画通り下記研究成果を得ている。
1)RDR1/2/6により環境ストレス誘導性のアンチセンスncRNAが生成する遺伝子を大量同定。
2)環境ストレス誘導性のアンチセンスncRNAの生成に関与するDCP5やXRN4などの遺伝子を同定。

今後の研究の推進方策

これまでの研究によって、乾燥ストレス下でRDR1/2/6により2本鎖RNAが生成し、mRNA分解が促進される事が示唆された。今後XRN4とDCP5やRDR1/2/6の多重変異体を作成しPoly A（+）やPoly A (-)のセンスRNAおよびアンチセンスRNAを解析することで、RDR1/2/6がmRNAの分解産物を鋳型としているのか明らかにする。RDR1/2/6依存的なアンチセンスncRNAの乾燥ストレスから再吸水過程における機能を解析するため、顕著な表現型が観察されたrdr1/2/6変異体と野生型植物の根組織におけるトランスクリプト―ムの比較解析を行う。他のRNA代謝関連遺伝子の変異体を解析することにより、アンチセンスncRNAの生成に関わる新規な因子を同定し機能解明を進める。

研究成果

• [雑誌論文] The histone deacetylase inhibitor suberoylanilide hydroxamic acid alleviates salinity stress in cassava. (2017)
  • 著者名/発表者名: Patanun, O., Ueda, M., Itouga, M., Kato, Y., Utsumi, Y., Matsui, A., Tanaka, M., Utsumi, C., Sakakibara, H., Yoshida, M., Narangajavana, J., and Seki, M.
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 7 ページ: 2039
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.02039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Overexpression of oligouridylate binding protein 1b results in ABA hypersensitivity. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nguyen, C.C, Nakaminami, K., Matsui, A., Watanabe, S., Kanno, Y., Seo, M. and Seki, M.
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 12 ページ: e1282591
  • DOI: 10.1080/15592324.2017.1282591
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Oligouridylate binding protein 1b plays an integral role in plant heat stress tolerance. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nguyen, C.C, Nakaminami, K., Matsui, A., Kobayashi, S., Kurihara, Y., Toyooka, K., Tanaka, M. and Seki, M.
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 7 ページ: 853
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.00853
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sm-like protein-mediated RNA metabolism is required for heat stress tolerance in Arabidopsis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, M., Matsui, A., Tanaka, M., Morosawa, T., Ishida, J., Iida, K., Mochizuki, Y., Toyoda, T. and Seki, M.
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 7 ページ: 1079
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.01079
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Novel stress-inducible antisense RNAs of proteincoding loci are synthesized by RDRs in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Matsui，Kei Iida，Maho Tanaka，Ri-ichiroh Manabe ，Katsushi Yamaguchi ，Kayoko Mizuhashi ， Jong-Myong Kim，Shuji Shigenobu，Kazuo Shinozaki，Motoaki Seki
  • 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 郡元キャンパス、鹿児島
  • 年月日: 2017-03-18 – 2017-03-18
• [学会発表] Functional analysis of oligouridylate binding protein 1b in abscisic acid response (2017)
  • 著者名/発表者名: Thi Cam Chau Nguye ，Kentaro Nakaminami ，Akihiro Matsui, Shunsuke Watanabe，Yuri Kanno，Mitsunori Seo，Motoaki Seki
  • 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 郡元キャンパス、鹿児島
  • 年月日: 2017-03-18 – 2017-03-18
• [学会発表] Novel stress-inducible antisense RNAs of protein-coding loci are synthesized by Arabidopsis RDRs (2017)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Matsui, Kei Iida, Maho Tanaka, Ri-ichiro Manabe, Katsushi Yamaguchi, Kayoko Mizuhashi, Jong-Myong Kim, Norio Kobayashi, Shuji shigenobu, Kazuo Shinozaki, Motoaki Seki
  • 学会等名: International Symposium on “Environmental Stress Adaptation and Memory in Plants"
  • 発表場所: RIKEN Yokohama Campus, Kanagawa, Japan
  • 年月日: 2017-02-27 – 2017-02-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nobel epigenetic, RNA and peptide regulation in plant abiotic stress responses (2016)
  • 著者名/発表者名: Motoaki Seki, Jong-Myong Kim、Akihiro Matsui、Kentaro Nakaminami、Kaori Sako、Minoru Ueda、Taiko Kim To、Huong Mai Nguyen、Khurram Bashir、Sultana Rasheed、Junko Ishida、Maho Tanaka、Minoru Yoshida、Masanori Okamoto、Kousuke Hanada、Yoshiki Habu, Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conferences 2016
  • 発表場所: The Westin Resort and Conference Center Awaji Island、Hyogo、Japan
  • 年月日: 2016-12-02 – 2016-12-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel stress-inducible antisense RNAs of protein-coding loci are synthesized by Arabidopsis RDRs (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Matsui, Kei Iida, Maho Tanaka, Katsushi Yamaguchi, Kayoko Mizuhashi, Jong-Myong Kim, Norio Kobayashi, Shuji Shigenobu, Kazuo Shinozaki, Tetsuro Toyoda, and Motoaki Seki
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conferences 2016
  • 発表場所: The Westin Resort and Conference Center Awaji Island、Hyogo、Japan
  • 年月日: 2016-12-01 – 2016-12-01
  • 国際学会
• [学会発表] Control of RNA degradation and stability functions in plant abiotic stress responses (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Matsui, Kentaro Nakaminami, Maho Tanaka, Junko Ishida, Cam Chau Thi Nguyen, Anh Hai Nguyen and Motoaki Seki
  • 学会等名: Post-transcriptional Gene Regulation in Plants, A Satellite Meeting of Plant Biology 2016
  • 発表場所: Austin, USA
  • 年月日: 2016-07-14 – 2016-07-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transcriptomic Changes are Differentially Regulated in Roots and Shoots of soil-Grown Arabidopsis thaliana plants in Response to a Drought Stress (2016)
  • 著者名/発表者名: Sultana Rasheed, Khurram Bashir, Akihiro Matsui, Maho Tanaka, Motoaki Seki
  • 学会等名: The 27th International Conference on Arabidopsis research (ICAR2016)
  • 発表場所: Gyeongju, Korea
  • 年月日: 2016-07-02 – 2016-07-02
  • 国際学会
• [学会発表] Novel Epigenetic, RNA and Peptide Regulation in Plant Abiotic Stress Responses (2016)
  • 著者名/発表者名: Jong-Myong Kim, Akihiro Matsui, Kentaro Nakaminami, Kaori Sako, Minoru Ueda, Taiko Kim To, Huong Mai Nguyen, Khurram Bashir , Sultana Rasheed, Junko Ishida, Maho Tanaka, Minoru Yoshida, Masanori Okamoto, Kousuke Hanada, Sachihiro Matsunaga, Yoshiki Habu and Motoaki Seki
  • 学会等名: The 27th International Conference on Arabidopsis research (ICAR2016)
  • 発表場所: Gyeongju, Korea
  • 年月日: 2016-07-01 – 2016-07-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel Epigenetic, RNA and Peptide Regulation in Plant Abiotic Stress Responses (2016)
  • 著者名/発表者名: Jong-Myong Kim, Akihiro Matsui, Kentaro Nakaminami, Kaori Sako, Minoru Ueda ,Taiko Kim To, Huong Mai Nguyen, Khurram Bashir, Sultana Rasheed, Junko Ishida, Maho Tanaka, Minoru Yoshida, Masanori Okamoto, Kousuke Hanada, Sachihiro Matsunaga, Yoshiki Habu and Motoaki Seki
  • 学会等名: The 22nd International Conference on Plant Growth Substances (IPGSA)
  • 発表場所: Toronto, Canada
  • 年月日: 2016-06-22 – 2016-06-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel Epigenetic, RNA and Peptide Regulation in Plant Abiotic Stress Responses (2016)
  • 著者名/発表者名: Motoaki Seki
  • 学会等名: The 3rd Plant Genomics Congress Asia
  • 発表場所: Kuala Lumpur, Malaysia
  • 年月日: 2016-04-12 – 2016-04-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] In "Methods in Molecular Biology - Root Development - (Edited by Drs. Elke Barbez and Daniela Ristova)". (2017)
  • 著者名/発表者名: Bashir, K., Rasheed, S., Matsui, A., Iida, K., Tanaka, M. and Seki, M.
  • 総ページ数: in press
  • 出版者: Springer
• [備考] 理化学研究所環境資源科学研究センター植物ゲノム発現研究チームホームページ
  • URL: http://www.csrs.riken.jp/jp/labs/pgnrt/index.html