植物-微生物間相互作用におけるDNAメチル化を介した遺伝子発現制御機構の解明

阐明植物-微生物相互作用中DNA甲基化介导的基因表达控制机制

基本信息

批准号：
09J08518
负责人：
市田裕之
金额：
$ 5.76万
依托单位：
Meiji University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は農業的に重要な植物病原細菌および共生細菌の一種であるイネ白葉枯病菌とミヤコグサ根粒菌を対象とし,特に細菌ゲノムのDNAメチル化を介して行われる植物-微生物間相互作用の制御機構について解析した。イネ白葉枯病菌においては,遺伝子機能解析のための基盤リソースとして平均インサートサイズ約34kb,4224クローンからなるfosmidライブラリを構築した。このうち1092クローンについてはインサート両末端領域の塩基配列を決定し,全ゲノム塩基配列上にマッピングした。これらのクローンでカバーされないゲノム領域は3次元PCRによってクローンを補完し,全ゲノムをカバーする整列化ライブラリを確立した。ミヤコグサ根粒菌においては,DNAアデニンメチラーゼの一種であるCcrMの過剰発現株を構築し,宿主植物であるミヤコグサに対する接種試験を行った。その結果,DNAメチラーゼの過剰発現によって根粒菌ゲノムが高度にメチル化修飾を受けると,根粒形成に著しい遅延が引き起こされることを明らかにした。また,レポーター菌株を構築して根粒形成におけるDNAメチラーゼの発現時期特異性を調査し,DNAメチラーゼが接種21日後に多量に産生され,直後に分解されることを明らかにした。さらに,無限型根粒を形成するタルウマゴヤシ-根粒菌の共生系においても同様に発現解析を行い,根粒中のinvasion zoneとfixation zoneの境界領域においてDNAメチラーゼの発現が強く誘導されることを明らかにした。タルウマゴヤシ根粒においてDNAメチラーゼの発現が誘導された領域は共生窒素固定が開始される直前の段階であり,ミヤコグサ根粒における接種21日後頃に相当すると考えられる。つまり,遺伝的に比較的遠縁なミヤコグサとタルウマゴヤシにおいて,根粒菌のDNAメチラーゼを介した制御メカニズムが両植物および根粒菌間で保存されており,植物-根粒菌間の共生におけるDNAメチル化を介した遺伝子発現制御機構が普遍的なものである可能性が示唆された。

本研究重点对水稻白叶枯病和百脉根根瘤菌这两种在农业中很重要的植物病原菌和共生菌，特别是通过细菌基因组DNA甲基化控制植物-微生物相互作用的机制进行了分析。。针对水稻白叶枯病，构建了由 4224 个克隆组成的 fosmid 文库，平均插入片段大小约为 34 kb，作为基因功能分析的基础资源。其中，1092 个克隆在插入片段的两端进行了测序，并映射到整个基因组序列上。通过3D PCR对这些克隆未覆盖的基因组区域进行克隆补充，并建立覆盖整个基因组的阵列文库。在百脉根根瘤菌中，我们构建了过表达 DNA 腺嘌呤甲基化酶 CcrM 的菌株，并在宿主植物百脉根上进行了接种试验。结果表明，DNA甲基化酶过度表达导致根瘤菌基因组高度甲基化，导致根瘤形成显着延迟。我们还构建了报告菌株，研究了根瘤形成过程中DNA甲基化酶表达时间的特异性，发现DNA甲基化酶在接种后21天大量产生，并立即被降解。此外，我们在形成无限型根瘤的苜蓿和根瘤菌的共生系统中进行了类似的表达分析，结果表明，在根瘤的侵入区和固定区之间的边界区域，DNA甲基化酶的表达被强烈诱导。。苜蓿根瘤中DNA甲基化酶表达被诱导的区域处于共生固氮即将开始之前的阶段，并且被认为对应于苜蓿根瘤中接种后21天的时期。换句话说，在遗传关系较远的百脉根和紫花苜蓿中，由根瘤菌DNA甲基化酶介导的调节机制在植物和根瘤菌之间是保守的，并且在植物和根瘤菌之间的共生中控制DNA甲基化。这种机制介导的基因表达控制机制可能是普遍的。