2 0 0 0 OA エピジェネティックな遺伝子発現制御と植物の形質改変
- 著者
- 金澤 章
- 出版者
- 公益社団法人 日本農芸化学会
- 雑誌
- 化学と生物 (ISSN:0453073X)
- 巻号頁・発行日
- vol.52, no.4, pp.241-248, 2014-04-01 (Released:2015-04-01)
- 参考文献数
- 57
植物においては,核酸の塩基配列特異的に起きるRNA分解,ならびにDNAのメチル化やヒストン修飾の変化を伴うエピジェネティックな変化を誘導することが可能である.本稿では,これらの反応経路が明らかになった経緯を概説するとともに,後者の例として,ウイルスベクターを用いてRNA-directed DNA methylationを誘導し,外来遺伝子をもたずに特定の内在性遺伝子の発現が抑制された植物を作出した研究を紹介する.また,遺伝子特異的,あるいは非特異的にエピジェネティックな変化を誘導する方法,ならびにCRISPR/Cas系などによるゲノム編集を含む,新規な植物育種技術の有効性と特徴を論じる.
1 0 0 0 OA トランスポゾンによる変異創成とその育種への利用
1 0 0 0 植物における遺伝子発現のエピジェネティック制御系の開発
本研究では、二本鎖RNA分子が、植物のゲノムDNAに対して配列特異的なメチル化ならびに転写不活性化を誘導することを利用してエピジェネティックな転写不活性化(TGS)の系を確立すること、ならびに、その不活性化状態の維持機構を解明することを目的として研究を行った。CaMV 35Sプロモーターにより転写制御されるカルコーン合成酵素遺伝子を導入することで花色の変化を誘導した形質転換ペチュニアを用いた研究により、外来遺伝子がTGSを受けるためには、プロモーター近位配列が高い頻度でメチル化を受けることが関連していることを明らかにしていた。本年度は、外来遺伝子が転写不活性化されているペチュニア植物体に対して、DNAメチル化の阻害剤5-アザシチジンによる処理を行うことにより、TGSが解除されるか否か、また、その際にメチル化の程度、および、特定の領域の脱メチル化がTGSに影響を及ぼすか否かを検討した。その結果、TGSは部分的に解除され、その際に、転写開始点の上流約300 bpの領域においてメチル化の程度が低下した。同様な効果は、ヒストン脱アセチル化阻害剤として知られるトリコスタチンAによる処理によっても得られた。この実験と並行して行った、ウイルスベクターを用いてプロモーター領域に対する二本鎖RNAを産生し、その機能によるエピジェネティックな変化を誘導する実験により、このプロモーター領域の全域のメチル化はTGSに必ずしも必要な条件ではないが、部分的にメチル化が誘導されることがTGSと密接に関連することを見出した。以上の研究から得られた知見を総合し、高い効率でTGSを誘導するため、ならびに、それを維持するためには、このプロモーターの転写開始点から約300 bp上流の領域の一部に対して高い頻度でメチル化が誘導されることが必要であり、この領域全体にわたって高いメチル化が存在することは、世代を越えて安定にTGSの状態が伝達されるために十分な条件であるという結論を得た。
本研究の研究代表者は、これまでの研究過程において、CaMV 35Sプロモーターの制御下で転写を行うトランスジーンに関して、DNAメチル化を伴うエピジェネティックな変化によって転写の不活性化が起きる現象を見出している。プロモーター配列のメチル化と転写不活性化の関連を詳細に解析する目的から、新規なウイルスベクターを用いて植物ゲノム中に存在する配列をトランスにメチル化し、転写段階でのジーンサイレンシング(TGS)を誘導する系の開発に成功した。この系では、CaMV 35Sプロモーター配列を組み込んだベクターを構成成分としてもつウイルスを、同じくCaMV 35Sプロモーター配列によって転写が制御されるGFP遺伝子をレポーターとしてゲノム中にもつNicotiana benthamiana植物体に接種することを行っている。このようなTGSと転写後のジーンサイレンシング(PTGS)による遺伝子の不活性化の効率の比較を行うために、同じ形質転換植物に対して、GFP遺伝子のコード領域を持つウイルスの接種を行った。その結果、接種後6日後には、TGS誘導ベクターとPTGS誘導ベクターの両者によりmRNA量の減少が誘導された。その後のmRNA蓄積量の減少はPTGS誘導ベクターを用いた場合により顕著であった。また、ウイルス感染の後代にはTGSは遺伝したが、PTGSは遺伝しなかった。したがって、ウイルス接種当代での強いサイレンシングを目的とする場合にはPTGSを誘導するベクターを、次世代への伝達を目的とする場合にはTGSを誘導するベクターをそれぞれ利用することが望ましいという結論を得た。この他、TGSを利用して有用な植物遺伝資源を創成するための標的配列を明らかにする目的から、ダイズの種子貯蔵タンパク質β-コングリシニンのαサブユニット遺伝子の上流域に関してレポーター遺伝子を用いた発現解析を行い、種子における転写制御に関与する配列を同定した。