【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】17K15059 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピジェネティクス / クロマチン / DNAメチル化 / 植物 / 抑制修飾 / エピゲノム / 遺伝 / 分子生物学 / ヘテロクロマチン / ヒストン修飾 / ヒストンバリアント / トランスポゾン / 遺伝子

【研究成果の概要】

真核生物は、ゲノムにコードされる遺伝子とトランスポゾンとの違いを正確に識別し、異なるクロマチン修飾を付加して転写制御する。この識別は個体発生やゲノム維持に不可欠であるが、この識別が何に起因するのか、その識別メカニズムは不明であった。この問いに答えるため、分子遺伝学とエピゲノミクスを駆使して、シロイヌナズナの抑制エピゲノム情報の喪失と再構築の過程を観察した。その結果、トランスポゾンにおける抑制修飾の回復は、転写開始点近傍のCGメチル化やヒストンバリアントH2A.Wの局在と相関していたことから、これら因子の抑制修飾標的識別機構への関与が示唆された。これら成果をNature Plantsに発表した。

【研究の社会的意義】

環境応答や発生、分化など植物における様々な生物学的イベントには、エピジェネティクスが深く関与する。本研究は、近年注目されているエピジェネティクス分野の中でも、エピゲノムの構築過程に焦点を当て、植物が抑制遺伝子を識別し、制御する仕組みの一端を明らかにすることに成功した。本研究で得られた成果は、植物におけるエピジェネティクス研究分野に限定されず、発生や分化、ストレス応答など植物の多様なイベントにおける分子理解につながり、基礎科学的理解だけでなく農学や医学にも発展しうる重大な効果を持つと考える。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】17K07437 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

トレニア / シロイヌナズナ / シュート再生 / 表皮細胞 / 脱分化 / 細胞分裂 / シュート頂分裂組織 / 不定芽 / サイトカイニン / 遺伝子発現 / 遺伝子 / 細胞・組織 / 植物 / 発生・分化

【研究成果の概要】

本研究では、茎断片の表皮細胞が脱分化・増殖し、カルス相なしに不定芽のシュート頂分裂組織（SAM）を新たに形成する、トレニアの直接シュート再生系を用い、脱分化とSAM新構築について、細胞学的解析とトランスクリプトーム解析を行った。その結果、サイトカイニンに応答した表皮細胞の核小体の発達と細胞分裂の再開、光依存の細胞増殖の活性化を経て、増殖細胞の領域化が起き、SAMが構築されることなどが明らかになった。また、シロイヌナズナの2段階シュート再生系との比較から、基本的な経路は大きく異なること、しかしそれにも関わらず共通した発現変動を示す遺伝子群が存在することなどがわかった。

【研究の社会的意義】

本研究では、トレニアの直接シュート再生系を解析し、多くの情報を蓄積したほか、シロイヌナズナの２段階シュート再生系と比較して、基本的な経路が大きく異なるにもかかわらず、同じような発現変動を示す遺伝子セットが存在することを見出した。これらの結果は、シュート再生の経路に関する新知見を提供するとともに、再生の遺伝子ネットワークに経路によるものと経路によらないものがあることを示唆している。広く細胞リプログラミングやパターン生成の共通素子を理解することにつながり、その点で大きな学術的意義がある。また、シュート再生能の制御に応用することで、植物バイオテクノロジーにも貢献できる可能性がある。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】遺伝育種科学

【研究領域課題番号】16H04857 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

撥水性 / イネ / 遺伝学 / 変異体 / 葉 / 遺伝子 / ワックス / 植物 / 発生・分化 / 表皮

【研究成果の概要】

イネの葉はハスと同等の極めて高い撥水性（超撥水性）を示す。この超撥水性の発現メカニズムを様々な観点から明らかにした。まず、イネの葉において葉身向軸側が最も撥水性が高いこと、撥水性は環境条件によって変化することなどを明らかにした。また、撥水性が低下した濡れ葉変異体を用いることによって、複数のワックス合成に関わる遺伝子がイネの撥水性に重要であることを明らかにした。また、様々な種類のイネの撥水性を調査することによって、多くのイネの栽培種は高い撥水性を示すことを明らかにした。

【研究の社会的意義】

超撥水性は植物の耐病性や光合成効率の上昇に寄与すると考えられる。本研究で得られた成果によって植物表面の撥水性を制御する基盤的知識を得ることができた。これを利用して、作物における病原体による初期感染の予防や、汚れの洗浄効果による病原体の感染リスクの低下、光合成効率の上昇が期待できる。また、イネにおけるワックス合成遺伝子の解明により、イネワックスの改変や増産の可能性も期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)

【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】16K14903 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / 遺伝子 / 発生 / 生殖 / ゲノムインプリンティング / 胚乳

【研究成果の概要】

胚乳発達を制御する父性インプリント遺伝子の同定を目的として探索を進めた。
１．母性インプリント遺伝子とのコンフリクトに着目した探索：シロイヌナスナCol-0株に各種野生系統の花粉を受粉させて得た種子の多様性を指標にGWASを行い、種子サイズに影響を与える複数の遺伝子座と、複数の父性インプリント遺伝子候補を同定した。
２．DNAメチル化による発現制御に着目した探索：目的とする遺伝子の発現のDNAメチル化依存性に着目し、DNAメチル化変異株のトランスクリプトーム解析データをもとに候補遺伝子を抽出した。さらに、epiRIL系統との交配データをもとに種子サイズに影響を与えるメチル化ゲノム領域を絞り込んだ。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】森林科学

【研究領域課題番号】15H04509 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / ストレス / 林学 / 酵素 / 遺伝子 / 根圏低酸素 / 熱帯樹木 / 芳香族代謝 / 環境造林

【研究成果の概要】

根圏低酸素ストレス耐性種のMelaleuca cajuputiの低酸素環境下の根での炭素の利用状況を調べるため、リグニン合成などの芳香族化合物合成経路の酵素活性と代謝物質量測定およびトランスクリプトーム解析を行った。フェニルアラニンアンモニアリアーゼ（PAL）活性およびPAL遺伝子の発現量が低酸素処理初期に低下したが、低酸素処理後14日目にはPAL活性が回復した。M. cajuputiの根圏低酸素耐性にPAL活性の一時的な低下とその後の回復が関連している可能性がある。8種の熱帯樹木の根圏低酸素ストレスへの通気組織形成等の形態的な応答には種間差があり、耐性との関連は明瞭でなかった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)

【研究分野】生物多様性・分類

【研究領域課題番号】26650141 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / モデル化 / 生理学 / 遺伝子 / 環境

【研究成果の概要】

北海道大学苫小牧研究林の林冠観測用クレーンシステムを利用して樹高約20m，樹齢150年以上のミズナラとカエデを対象に，異なる枝位置から各3反復ずつ葉と花組織の採取を行った．得られたサンプルから全DNAを抽出し，次世代シーケンサーを用いて大規模塩基配列を取得した結果，約1500遺伝子座において総数100,000塩基の配列情報を取得した．塩基置換が生じた配列を探索した結果，同一個体あたり最大2個の突然変異が検出された．突然変異が観察された位置を分析した結果，一度突然変異が生じるとそれは後に形成された枝に引き継がれていることが確認されたため，同一個体内におけるモザイク状ゲノム構成の存在が示唆された．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】生物生産化学・生物有機化学

【研究領域課題番号】23248018 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生理活性 / 植物 / 有機化学 / 農林水産物 / 遺伝子 / 受容体 / 植物ホルモン / ストリゴラクトン / ジベレリン / アゴニスト / アンタゴニスト / D14 / デブラノン / クロストーク / 創薬 / 農薬 / 植物生長調節剤 / DELLAタンパク質 / 加水分解

【研究成果の概要】

新植物ホルモンであるストリゴラクトンは植物の枝分かれを制御する機能を有していることから、その機能の化学的もしくは遺伝子的制御法を開発することにより、穀物の収量増加やバイオマス生産増加に利用することが可能である。本研究では、まず、D14タンパク質がストリゴラクトンを受容後加水分解し、生じたストリゴラクトンD環由来物質が活性本体としてD14と結合した結果、D14とジベレリン情報伝達因子として考えられていたDELLAタンパク質との結合を促進するというメカニズムを明らかにした。またストリゴラクトンミミックとして合成が容易でかつ活性がこれまで用いられていたGR24より活性が高いデブラノン類を開発した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】50,050千円 (直接経費: 38,500千円、間接経費: 11,550千円)

【研究分野】育種学

【研究領域課題番号】21405017 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

民俗学 / 遺伝資源 / 植物 / 生物多様性 / 育種学 / 民族学 / 遺伝子 / 保全生物学 / 農学 / 環境材料

【研究成果の概要】

農業食糧及び薬用遺伝資源の多様性について、国境を超越して生存する少数民族に関わり農家保全の実地・実験調査を実施した。ミャンマー北部、ミャンマー、タイとラオスの国境地帯について山間部を主体に研究を実施した。過剰開発や貨幣経済の浸透、さらに不均衡な情報の供給と啓蒙の欠如で、在来の植物遺伝資源が絶滅危惧になっていることやその伝統的文化に支援された知見が急速に失われてきていることがわかった。モノグラフや公的機関の報告書として情報発信した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】生物多様性・分類

【研究領域課題番号】20570083 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化 / 形態形成遺伝子 / 遺伝子 / 植物 / KNOX / LEAFY / 葉

【研究成果の概要】

本研究は大葉形成の制御機構の進化を明らかにするため,シダ植物の葉形態形成遺伝子の機能を特定することを目的とした.そのためリュウキュウトリノスシダの形質転換系の確立を目指した.アグロバクテリウを用いた形質転換系は確立出来なかったため、エレクトロポレーション法による形質転換系の確立を試みた.その結果,カルス,プロトプラストの形成,再分化に成功したものの,形質転換系の確立には至っていない。今後も形質転換系の確立を進め、葉の形態制御を明らかにしたい.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】形態・構造

【研究領域課題番号】19570060 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シロイヌナズナ / ヒメツリガネゴケ / カラマツ / ANGUSTIFOLIA / EvoDevo / 植物 / 遺伝子 / 進化 / 発生・分化 / 形態形成

【研究成果の概要】

ANGUSTIFOLIA(AN)遺伝子は、シロイヌナズナにおいて葉の細胞の横幅方向への極性伸長やトライコームの分岐数の制御に関わっている。ヒメツリガネゴケの持つ4つのAN遺伝子(PpAN)についてそれぞれ遺伝子破壊実験を行ったが、単一遺伝子の機能欠損では、野生型と異なる形態変化は生じなかった。また、PpAN1-1が茎葉体の茎の部分で強く発現することを見いだした。更に、カラマツ及びゼニゴケのAN遺伝子はシロイヌナズナ中でANと同等の機能を持つことを明らかとした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)