Establishment of the basis for plant mitochondrial genome breeding

植物线粒体基因组育种基础的建立

• 批准号: 20H05680
• 负责人: 堤 伸浩
• 金额: $ 126.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-08-31 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H05680/
• 关键词: ミトコンドリア; ゲノム編集; ミトコンドリアゲノム育種; 植物ミトコンドリア; 品種改良; 細胞質雄性不稔; ミトコンドリアゲノム; ミトコンドリアゲノム編集; オルガネラゲノム編集

mitoTALEN法の論文公開とその後複数の論文発表の反響から、植物ミトコンドリアゲノムの改変について国内外問わず多数の共同研究依頼が舞い込み（2022年3月時点, 約45プロジェクト）、これら共同研究のためのミトコンドリアゲノム改変ベクターを作製・発送し、またその後解析協力を行うことで、当初予定よりも大規模＆重要性の高い遺伝子＆重要作物多数種（イネ、シロイヌナズナに加え、コムギ、トマト、ジャガイモ、タバコ、スギ、etc.）で研究を発展しうるメリットから、現在はこちらに注力すしている。近年発展著しい技術であるゲノム編集分野であるため、新しく哺乳類のミトコンドリアDNAの塩基置換技術が発表された。そこで、急遽植物用のミトコンドリアと(よりインパクトが大きい) 葉緑体TALECDベクターの設計・開発を行った。完成した葉緑体TALECDをシロイヌナズナに用いてみたところ細胞内に多数コピー存在する葉緑体ゲノムの中の狙った一文字が100%置換され、かつ安定して遺伝するという非常に大きな成功を収めることができた(Nature Plants誌で発表)。本成果は国内外のマスコミからも注目され(新聞報道6件, Webニュース掲載10件等)、これを担当した大学院生は東京大学総長賞にも選出された。植物ミトコンドリアは機能が制限された際には、ミトコンドリアゲノム遺伝子の転写量を上げる過程で、ゲノムDNAのコピー数も増加させることが明らかになるという、意外だが合理的な現象を見出した。RT102型CMSイネの不稔性の成立には従来CMSの原因として同定報告されているorf352だけではなく、その他の遺伝子も関与している可能性があることが明らかになった。これまでミトコンドリアゲノム上の一遺伝子のみでCMSが引き起こされていると考えられてきたが、複数因子が関与する可能性を示すことができた。

由于发表了Mitotalen Law和多个论文的回应，许多关于植物线粒体基因组的修改的共同研究请求（截至2022年3月，大约45个项目），用于这些联合研究。发货，然后进行分析和合作，以及许多基因和重要的农作物，这些农作物比最初计划的更大，重要（除了大米，白色 - nunazuna，butg，butg，番茄，马铃薯，烟草）目前专注于开发研究的益处， ETC。）。近年来，由于它是一个基因组编辑领域，这是一项非凡的技术，因此已经宣布了一种新的线粒体DNA。因此，我们迅速为植物和氯绿色talecd载体设计和开发了线粒体（更具影响力）。使用完整的叶绿体TALECD用于Sirini Nazuna，细胞中叶绿体基因组的副本数量100％替换并稳定下来。日本和海外的媒体也指出了结果（6个报纸，10个网络新闻等），负责此的研究生也被选为东京大学校长。植物线粒体发现一种令人惊讶但合理的现象，即在限制该功能时，基因组DNA拷贝的数量会增加线粒体基因组基因的量。据透露，RT102 CMS -RICE坚持的建立不仅可能与ORF352有关，而ORF352被确定为常规CMS的原因，而且还涉及其他基因。到目前为止，人们认为CMS仅是由线粒体基因组上的一个基因引起的，但可能涉及多个因素。

项目成果

FMT, a protein that affects mitochondrial distribution, interacts with translation-related proteins in Arabidopsis thaliana

• DOI: 10.1007/s00299-020-02634-9
• 发表时间: 2021-01-01
• 期刊: PLANT CELL REPORTS
• 影响因子: 6.2
• 作者: Ayabe, Hiroki;Kawai, Narumi;Arimura, Shin-ichi
• 通讯作者: Arimura, Shin-ichi

MitoTALENs: A Method for Targeted Gene Disruption in Plant Mitochondrial Genomes

MitoTALENs：植物线粒体基因组中靶向基因破坏的方法

• DOI: 10.1007/978-1-0716-1653-6_22
• 发表时间: 2021
• 期刊: Methods in Molecular Biology
• 作者: Kang Byung-Ho;Anderson Charles T;Arimura Shin-ichi;Bayer Emmanuelle;Bezanilla Magdalena;Botella Miguel A;Brandizzi Federica;Burch-Smith Tessa M;Chapman Kent D;D?nser Kai;Gu Yangnan;Jaillais Yvon;Kirchhoff Helmut;Otegui Marisa S;Rosado Abel;Tang Yu;Kleine-;Arimura Shin-ichi
• 通讯作者: Arimura Shin-ichi

ストラスブール大学/INRA(フランス)

斯特拉斯堡大学/INRA（法国）