エピゲノム構造の位相転換が担うゲノム進化へのインパクト

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: ゲノム・遺伝子相関：新しい遺伝学分野の創成
• 研究課題/領域番号: 26113719
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 金 鍾明 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, 研究員 (90415141)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: エピジェネティクス / 植物ゲノム / ヒストン修飾

研究実績の概要

ゲノム高次構造のダイナミックな変化は、遺伝子発現調節およびゲノム自体の維持•調節機構に深く関与している。ヒストン修飾およびDNAメチル化を介したエピジェネティックな制御機構の異常は、クロマチン高次構造とその調節機構の崩壊を伴い、癌化などの致命的な影響を及ぼす。本研究ではシロイヌナズナのヒストン脱アセチル化酵素HDA6の機能解析をもとに、植物ゲノムの応答・構築・維持およびゲノム進化に与えるエピゲノム構造の変化に着目し、その理解に役立てることを目的とした。
Hda6のゲノムワイドな結合部位を同定するとともに、Hda6が特定のレトロトランスポゾン群と反復配列を標的としてゲノムワイドなヘテロクロマチン構造の維持に機能すること、またhda6異変株では、この維持機構の崩壊によりトランンスポゾンの大々的な再活性化が促進され、世代を重ねるに従ってゲノムサイズが極端に増大していることを示唆する結果を得ている。単系統に分離し、数世代自殖させたhda6異変株の世代の異なる個体群に対して、高速シーケンサーを用いたゲノムリシーケンスを行うとともに、ChIP-seq解析により、世代を経過したエピゲノム状態の変化とゲノム塩基配列の増加パターンの同定を進めている。また、環境変動の処理を組み合わせ、これらエピゲノム状態への影響が、ゲノム構造および制御に与える影響を調べた。本研究の成果から、環境応答（特に乾燥ストレス応答）時には、ゲノムワイドなヒストンアセチル化を介したクロマチン構造変化が、新規乾燥応答遺伝子ネットワークを制御していることを突き止めた。この結果は植物の環境適応および生存戦略を解明する大きな成果と考える。これらに基づき、エピゲノム構造変化を基にしたゲノム構造のダイナミックな再編現象と環境変動フォースにリンクしたゲノム安定性およびゲノム進化の機構解明に役立てる。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] A Stress-Activated Transposon in Arabidopsis Induces Transgenerational Abscisic Acid Insensitivity (2016)
  • 著者名/発表者名: Hidetaka Ito, Jong-Myong Kim, Wataru Matsunaga, Hidetoshi Saze, Akihiro Matsui, Takaho Endo, Yoshiko Harukawa, Hiroki Takagi, Yaegashi Hiroki, Yukari Masuta, Seiji Masuda, Junko Ishida, Maho Tanaka, Satoshi Takahashi, Taeko Morosawa, Tetsuro Toyoda, Tetsuji Kakutani, Atsushi Kato, and Motoaki Seki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 23181
  • DOI: 10.1038/srep23181.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ky-2, a Histone Deacetylase Inhibitor, Enhances High-Salinity Stress Tolerance in Arabidopsis thaliana. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sako, Kaori; Kim, Jong-Myong; Akihiro, Matsui; Kotaro, Nakamura; Tanaka, Maho; Kobayashi, Makoto; Saito, Kazuki; Nishino, Norikazu; Kusano, Miyako; Taji, Teruaki; Yoshida, Minoru; Seki
  • 雑誌名: Plant & Cell Physiol. 巻: 57(4) ページ: 776-783
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv199.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chromatin changes in response to drought, salinity, heat and cold stresses in plants (2015)
  • 著者名/発表者名: Jong-Myong Kim, Taku Sasaki, Minoru Ueda, Kaori Sako and Motoaki Seki.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 6 ページ: 114
  • DOI: 10.3389/fpls.2015.00114.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Novel Epigenetic and Antisense RNA Regulation in Plant Abiotic Stress Responses (2016)
  • 著者名/発表者名: Jong-Myong Kim
  • 学会等名: he KEYSTONE SYMPOSIA Plant Epigenetics: From Genotype to Phenotype (B1)
  • 発表場所: Taos, New Mexico, USA
  • 年月日: 2016-02-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Histone deacetylase triggers the novel mechanism for plant drought tolerance (2015)
  • 著者名/発表者名: Jong-Myong Kim, Taiko Kim To and Motoaki Seki.
  • 学会等名: 日本生化学会・日本分子生物学会 2015年会
  • 発表場所: 神戸国際会議場、兵庫県神戸市
  • 年月日: 2015-12-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel epigenetic control of drought tolerance in plants (2015)
  • 著者名/発表者名: Jong-Myong Kim
  • 学会等名: The International Symposium “Towards Increased Plant Productivity through Understanding of Environmental Responses and Epigenetic Regulation.
  • 発表場所: 理化学研究所、神奈川県横浜市
  • 年月日: 2015-11-24
  • 国際学会 / 招待講演