植物の成長段階における転写・翻訳開始点に依存したmRNAの運命決定の解明

阐明植物生长阶段依赖于转录/翻译起始位点的 mRNA 命运决定

基本信息

批准号：
22H02605
负责人：
栗原志夫
金额：
$ 11.23万
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 (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

植物は暗所で発芽し、光を受けて形態形成を変化させながら成長する。その成長につれて変化する mRNA の「翻訳」か「分解」か「保存」かの運命決定のメカニズムは不明な部分が多い。先行研究によって、暗所で発芽したシロイヌナズナ幼苗が青色光を受容すると、複数の遺伝子において転写開始点と翻訳開始点の位置変化が起こることがわかった。本研究では、成長に伴い変化する転写・翻訳開始点に依存的な mRNA 運命決定の解明を目指すことを目的とした。本年度では、暗所で発芽したシロイヌナズナ幼苗を青色光下に露光させてから0、3、24時間後のCAGE、RNA-seq、Ribo-seq（モノソームプロファイリングとダイソームプロファイリング）、TI-seqの解析によるシークエンスデータを取得してきた。さらに、ISO-seq解析を行い、完全長転写物の検出も行ってきた。それらの粗データをシロイヌナズナゲノムにマッピングを行い、ゲノムブラウザを用いて視覚的に検査することによって、各データの信頼性を確認した。ISO-seqデータから、271か所のORFを二つ以上もつポリシストロニックリードスルーmRNAを転写するゲノム部位を同定した。それらの一部は、upf1-1変異体において野生型植物よりも多く検出された。さらに、それらのゲノム部位のうち158か所において、遺伝子間スプライシングが検出された。リードスルー転写や遺伝子間スプライシングは青色光の照射に応答して検出される傾向がみられた。シークエンスデータの解析から、ポリシストロニックmRNA上に存在する2つ目のORFがほとんど翻訳されていないことがわかった。これらの結果から、ポリシストロニックmRNAは、1つ目のORFの終止コドンと2つ目のORFの翻訳状態が運命決定因子となり、NMDによって分解されることがわかった。この研究成果を、原著論文として発表した。

植物在黑暗中发芽并在暴露于光线时生长并改变其形态发生。决定mRNA命运的机制，无论是“翻译”、“降解”，还是随其生长而变化的“储存”，在很大程度上尚不清楚。此前的研究表明，当拟南芥幼苗在黑暗中萌发时，接受蓝光时，多个基因的转录起始位点和翻译起始位点的位置会发生变化。本研究的目的是阐明 mRNA 的命运决定取决于随生长而变化的转录和翻译起始位点。今年，我们对在黑暗中发芽的拟南芥幼苗暴露于蓝光后0、3和24小时进行了CAGE、RNA-seq、Ribo-seq（单体分析和二体分析）和TI-seq分析，获得了序列。通过分析数据。此外，我们还进行了 ISO-seq 分析并检测了全长转录本。通过将粗数据映射到拟南芥基因组并使用基因组浏览器对其进行目视检查，确认了每个数据的可靠性。从 ISO-seq 数据中，我们确定了在 271 个位置处转录具有两个或多个 ORF 的多顺反子通读 mRNA 的基因组位点。其中一些在 upf1-1 突变体中比在野生型植物中检测到更多。此外，在其中 158 个基因组位点检测到基因间剪接。通读转录和基因间剪接倾向于在蓝光照射下被检测到。序列数据分析表明，多顺反子 mRNA 上存在的第二个 ORF 几乎没有被翻译。这些结果表明，多顺反子mRNA被NMD降解，其中第一个ORF的终止密码子和第二个ORF的翻译状态是命运决定因素。这项研究的结果作为原始论文发表。