Epigenomics of meiotic chromosomes driven by cell-cell transport of small RNAs in Poaceae species

禾本科物种中小RNA细胞间运输驱动的减数分裂染色体的表观基因组学

• 批准号: 21H04729
• 负责人: 野々村 賢一
• 金额: $ 26.62万
• 依托单位: National Institute of Genetics
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04729/
• 关键词: 減数分裂; 植物; 生殖; エピゲノム; 細胞壁リプログラミング; イネ; 小分子RNA; エピジェネティクス; 細胞壁; カロース; 葯

イネの葯で減数分裂特異的に発現する小分子RNAを中心とした細胞間シグナル因子による、細胞非自律的な減数分裂染色体のエピゲノム制御機構の解析を目的とする。2021年度は主に以下の3つの成果を得た。＜1. 小分子RNAと結合するイネAGO4の解析＞　イネAGO4特異的抗体を用いて、AGO4に結合する小分子RNAを網羅的に解読し、減数分裂特異的小分子RNAである24nt phasiRNAのAGO4結合を確認した。また、ゲノム編集技術で作成したago4変異体を利用し、雄性減数分裂細胞（PMCs）を顕微鏡下で分取し、AGO4が減数分裂染色体のDNAメチル化に与える影響を網羅的に解析した。現在、上記2種類のデータについて情報解析を行なっている。＜2. 細胞壁リプログラミング関連遺伝子の機能解析＞　減数分裂前後のイネ葯は、PMCsを4層の体細胞層が包み込む構造をとる。減数分裂への移行を境に、PMCsおよびPMCsに接する体細胞層（タペート細胞（TCs））の細胞壁成分は、セルロースからカロースへと変化するが、その生物機能は未解明だった。ゲノム編集技術により、この時期のイネ葯で高発現するカロース合成酵素GSL5の変異体を作成して解析し、GSL5はイネ葯における減数分裂前後のカロース合成の大半を担うことを示した。また、GSL5依存的な葯へのカロース蓄積が、減数分裂の開始と進行における必須の役割を明らかにした。＜3. 葯室のシン／アポプラスト輸送経路のイメージング解析＞　植物細胞の細胞間シグナル経路は、原形質連絡を介したシンプラスト経路と、細胞外小胞などを介したアポプラスト経路に大別される。これまでの研究から、減数分裂特異的24nt phasiRNAのPMCs-TCs間シグナル伝達の可能性が示唆されている。2021年度は、イネ葯で透過電子顕微鏡観察を行うための技術を確立することができた。

本研究的目的是分析以水稻花药减数分裂中特异表达的小RNA为中心的细胞间信号因子对减数分裂染色体的细胞非自主表观基因组控制机制。 2021财年，我们取得了以下三项主要成果。 <1. 与小RNA结合的水稻AGO4的分析> 使用水稻AGO4特异性抗体，全面破译了与AGO4结合的小RNA，并确定AGO4是减数分裂特异性小RNA的24nt phasiRNA。绑定。此外，利用基因组编辑技术创建的ago4突变体，在显微镜下分离雄性减数分裂细胞（PMC），全面分析AGO4对减数分裂染色体DNA甲基化的影响。目前，我们正在对上述两类数据进行信息分析。 <2.与细胞壁重编程相关的基因的功能分析> 减数分裂前后的水稻花药具有PMC被四层体细胞层包围的结构。在向减数分裂过渡时，PMCs的细胞壁成分以及与PMCs接触的体细胞层（绒毡层细胞（TCs））从纤维素转变为胼胝质，但其生物学功能仍然未知。利用基因组编辑技术，我们创建并分析了现阶段水稻花药中高表达的胼胝质合酶GSL5的突变体，并表明GSL5负责水稻花药减数分裂前后的大部分胼胝质合成。我们还揭示了花药中 GSL5 依赖性胼胝质积累在减数分裂的起始和进展中发挥着重要作用。 <3.花药室中的syn/质外体运输途径的成像分析> 植物细胞中的细胞间信号途径大致分为经由胞间连丝的共质体途径和经由细胞外囊泡的质外体途径。先前的研究表明减数分裂特异性24nt phasiRNA可能参与PMC和TC之间的信号转导。 2021 年，我们能够建立对水稻花药进行透射电子显微镜观察的技术。

项目成果

イネ葯室へのカロース高蓄積は減数分裂開始時期の制御に必須である

水稻花药室中胼胝质的大量积累对于控制减数分裂开始的时间至关重要。

• 发表时间: 2021
• 作者: ソマシェカーハーシャ;三村真生;津田勝利;野々村賢一
• 通讯作者: 野々村賢一

正常な雄性減数分裂進行に必要なイネ葯室細胞間隙へのカロース多糖の高蓄積

正常雄性减数分裂进程所需的水稻花药室细胞间隙中胼胝质多糖的大量积累

• 发表时间: 2021
• 作者: ソマシェカーハーシャ;三村真生;津田勝利;野々村賢一
• 通讯作者: 野々村賢一

植物細胞遺伝研究室ホームページ

植物细胞遗传学实验室主页

Hamburg University(ドイツ)

汉堡大学（德国）

Understanding the importance of cell-cell communication for plant meiosis using rice (Oryza sativa) as model organism

使用水稻（Oryza sativa）作为模型生物了解细胞间通讯对于植物减数分裂的重要性

• 发表时间: 2021
• 作者: Harsha Somashekar;Manaki Mimura;Tsuda Katsutoshi;Ken-Ichi Nonomura
• 通讯作者: Ken-Ichi Nonomura