イネHSFA1の機能解析とゲノム編集技術を利用した高温耐性イネ作出への応用

水稻HSFA1功能分析及其在基因组编辑技术耐高温水稻生产中的应用

基本信息

批准号：
16H06735
负责人：
大濱直彦
金额：
$ 1.91万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-08-26 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究ではイネを実験材料として用い、シロイヌナズナにおいて高温ストレス応答のマスターレギュレーターであることが示された転写因子HsfA1が、単子葉類においても同様の機能を持つのか、またその活性制御機構が共通しているのかを明らかにする。同時に、得られた知見を基にして高温ストレス耐性イネの作出も目指す。これまでの研究により、HsfA1が機能を発揮するためには温度依存的活性制御領域（Temperature-dependent repression domain; TDRドメイン）からのHSP70の乖離が必要であることが示されていた。イネHsfA1でもTDRドメインが同様の機能を持つか明らかにするため、イネHsfA1のデリーションシリーズの転写活性化能を評価した。TDRドメインの高いアミノ酸配列保存性にも関わらず、TDRドメインの欠失はイネHsfA1の活性を向上させなかった。イネHsfA1とHSP70の相互作用解析から、HsfA1-HSP70間の相互作用様式がシロイヌナズナとイネでは異なることを示唆する結果が得られており、HsfA1の活性制御における分子メカニズムは植物ごとに異なる可能性が考えられた。植物体内でのイネHsfA1の機能解析、及び高温ストレス耐性イネの作出のために複数の形質転換イネを作出した。ゲノム編集技術を用いることで、イネHsfA1の破壊株を作出することに成功した。現在は変異のキメラ性を解消するため、世代回しを進めている。同時に、シロイヌナズナ及びイネのHsfA1を過剰発現させた形質転換イネの作出と高発現ラインの選抜も行った。GFPタグ付きイネHsfA1過剰発現体を用いた細胞内局在解析から、イネHsfA1は恒常的に核に局在することが示唆された。

在这项研究中，大米被用作实验材料，以阐明转录因子HSFA1（已被证明是拟南芥中高温应激反应的主要调节剂）是否具有相同的功能，在单子叶植物中是否具有相同的功能，以及其活性控制机制是否常见。同时，我们旨在使用获得的知识来开发对高温应力有抵抗力的大米。先前的研究表明，HSP70与温度依赖性活性控制结构域（TDR结构域）的偏差是HSFA1起作用的必要条件。为了阐明TDR结构域在水稻HSFA1中是否具有相似的功能，我们评估了含量HSFA1在缺失系列中的转录激活能力。尽管对TDR结构域的氨基酸序列保存高，但TDR结构域的缺失并未改善水稻HSFA1的活性。水稻HSFA1和HSP70的相互作用分析表明，HSFA1和HSP70之间的相互作用模式在拟南芥和水稻中是不同的，并且控制HSFA1活性的分子机制可能因植物而异。创建了多个转化的大米，用于对植物中的水稻HSFA1的功能分析和产生高温抗应激的大米。通过使用基因组编辑技术，我们能够产生稻米HSFA1的破坏性菌株。目前，我们正在重新转化突变的嵌合本质。同时，我们还从拟南芥和大米中产生了过表达的水稻过表达的HSFA1，并选择了高表达线。使用GFP标记的水稻HSFA1过表达的亚细胞定位分析表明，水稻HSFA1组成型将其定位于核。