データ駆動型アプローチによるエピゲノムを介したイネ胚乳の遺伝子発現制御機構の解明

使用数据驱动的方法阐明表观基因组介导的水稻胚乳基因表达控制机制

基本信息

批准号：
19J00745
负责人：
西田帆那
金额：
$ 2.83万
依托单位：
National Agriculture and Food Research Organization
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J00745/
关键词：
エピゲノムヒストン修飾 DNAメチル化イネ胚乳遺伝子発現制御

项目摘要

本研究はイネ胚乳の複合的な遺伝子発現制御ネットワークを解明するために、遺伝子発現に関与するエピジェネティック制御因子を同定することを目的としている。H3K9me2は遺伝子発現抑制に働くことが示唆されており、胚乳では胚乳特異的発現遺伝子のH3K9me2が除去されると考えられる。これまでに、イネゲノムからシロイヌナズナのヒストンH3K9脱メチル化酵素であるIBM1 のホモログを同定し、ノックアウト体を作出した。ノックアウト体を用いてChIP-seqを行いヒストン修飾のパターンを検出するとともに、RNA-seqを行いトランスクリプトームへの影響を調査した。野生型とノックアウト体におけるヒストン修飾パターンを比較した結果、両者に明確な違いは観察されなかった。DNAメチル化は遺伝子発現制御やトランスポゾンのサイレンシングなどに重要である。シロイヌナズナではDRM2、CMT2および CMT3が非CGメチル化を制御することが知られている。イネのCMTの機能を明らかにするため、OsCMT2およびOsCMT3のノックアウト体を作出して全ゲノムバイサルファイトシーケンスを行いゲノムワイドなDNAメチル化への影響を検証するとともに、既報のosdrm2変異体のメチロームとの比較を行った。その結果、イネのCHGメチル化は主にOsCMT3によって制御されることが示唆された。また、シロイヌナズナでCHGとCHHメチル化に関与すると考えられていたCMT2は、イネではCHGメチル化にほとんど関与せず、CHGメチル化のみに関与すると考えられてきたCMT3が、イネでは長いトランスポゾンのCHHメチル化にも関与していることが明らかになった。以上の結果から、CMTは双子葉類と単子葉類の間で保存された機能を持つともに、イネに特有の役割を有している可能性が示唆された。

这项研究旨在确定与基因表达有关的表观遗传调节剂，以阐明水稻胚乳中的复杂基因表达调节网络。有人提出H3K9ME2起作用以抑制基因表达，并认为胚乳特异性表达的基因H3K9ME2在胚乳中被去除。到目前为止，已经从水稻基因组中鉴定出IBM1（一种拟南芥H3K9脱甲基酶）的同源物，并产生了敲除。使用CHIP-SEQ检测组蛋白修饰的模式，RNA-Seq用于研究对转录组的影响。比较野生型和基因敲除体中的组蛋白修饰模式，两者之间未观察到明显的差异。 DNA甲基化对于基因表达控制和转座子沉默很重要。已知DRM2，CMT2和CMT3在拟南芥中调节非CG甲基化。为了阐明CMT在水稻中的功能，产生了OSCMT2和OSCMT3的基因敲除体，并进行了全基因组Bisulfite序列，以验证对全基因组DNA甲基化的影响，并与先前报道的OSDRM2突变体的甲基化体相比。结果表明，水稻中的CHG甲基化主要受OSCMT3的调节。此外，认为CMT2与拟南芥中的CHG和CHH甲基化有关，与大米中的CHG甲基化无关，并且仅参与CHG甲基化，但也被发现与CMT3中的CHH甲基化有关，而CMT3则与CMT3有关，与CHG甲基化有关，也参与了CHH的CHH，而CHH涉及CHH的CHH HEH，则与CHH的含有有关RICH的含石。这些结果表明，CMT在双子植物和单子叶植物之间具有保守的功能，并且在大米中可能具有独特的作用。