DNA修飾がもたらす葉緑体遺伝の仕組み

DNA修饰带来的叶绿体遗传机制

• 批准号: 22K06278
• 负责人: 田草川 真理
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06278/
• 关键词: クラミドモナス; DNA修飾; 葉緑体; 片親遺伝; 核様体; cpDNA

有性生物におけるミトコンドリアや葉緑体の片親遺伝は広く知られた現象である。しかし片親遺伝の過程で、オスではなくメスのオルガネラが残されるメカニズムは、未だに多くの点が謎のまま残されている。有性単細胞緑藻・クラミドモナスにおいても、配偶子の接合に伴い、オスの葉緑体DNAが選択的に分解され、メスの葉緑体DNAの片親遺伝が生じる。この配偶子分化から接合の過程では、メスの葉緑体で特異的にDNA修飾が起きていることも知られている。本研究では、クラミドモナスにおける葉緑体の片親遺伝のメカニズムとして、このDNAの修飾が関与する可能性に焦点を当て、DNA修飾酵素の分子実体の特定、葉緑体DNA上の修飾領域の特定、DNA修飾と接合および減数分裂時のDNA動態との関連性の検証を通じて、「分解・保護するオルガネラDNAの選択」の分子機構に迫ることを目的としている。これまでにゲノム編集によって葉緑体DNA修飾酵素の候補遺伝子の変異体の作出しており、この変異体が片親遺伝に異常を示すことを示すデータが出ていたが、R4年度にはこの再現性を確認することができた。また、候補遺伝子のうちの１つについて、クラミドモナス細胞での発現に成功し、その局在が葉緑体であることも明らかになった。葉緑体以外にも細胞質中に輝点が見えていることから、ミトコンドリアにも共局在している可能性が見えてきている。また変異体におけるこの候補遺伝子の発現により、少なくとも部分的にはDNA修飾を回復させることが可能であった。年度内に次世代シーケンス解析を行い、野生型と変異体についてデータを取得するところまで進められたので、今後はそのデータの解析を行い、葉緑体DNA上の修飾領域の特定を進めたい。

有性生物中线粒体和叶绿体的单亲遗传是众所周知的现象。然而，在单亲遗传过程中保留雌性而非雄性细胞器的机制仍然是个谜。在衣藻（一种有性单细胞绿藻）中，雄性叶绿体 DNA 在配子交配时被选择性降解，导致雌性叶绿体 DNA 的单亲遗传。人们还知道，在从配子分化到接合的过程中，DNA 修饰专门发生在雌性叶绿体中。在本研究中，我们重点关注这种DNA修饰参与衣藻叶绿体单亲遗传机制的可能性，并鉴定了DNA修饰酶的分子实体，鉴定了叶绿体DNA上的修饰区域，并通过检查DNA之间的关系交配和减数分裂过程中的修饰和 DNA 动力学，我们的目标是揭示“选择细胞器 DNA 进行降解和保护”的分子机制。迄今为止，我们已经通过基因组编辑创建了叶绿体 DNA 修饰酶的候选基因突变体，并且数据显示这些突变体在单亲遗传中表现出异常，我能够确认性别。此外，其中一个候选基因在衣藻细胞中成功表达，并揭示其定位在叶绿体中。事实上，亮点在细胞质中而不是在叶绿体中可见，这表明它也可能共定位于线粒体中。该候选基因在突变体中的表达也使得至少部分恢复DNA修饰成为可能。今年我们进行了下一代序列分析，目前已经获得了野生型和突变体的数据，因此我们希望分析这些数据并识别叶绿体 DNA 上的修饰区域。

项目成果

Genomic analysis of an ultrasmall freshwater green alga, Medakamo hakoo

超小型淡水绿藻 Medakamo hakoo 的基因组分析

• DOI: 10.1038/s42003-022-04367-9
• 发表时间: 2023
• 影响因子: 5.9
• 作者: Kato S.; Misumi O.; Maruyama S.; Nozaki H.; Tsujimoto
• 通讯作者: Tsujimoto

“DNA clip” that organize chloroplast nucleoids in Chlamydomonas reinhardtii

莱茵衣藻中组织叶绿体核的“DNA 片段”

• 发表时间: 2022
• 作者: Mari Takusagawa; Yusuke Kobayashi; Yoichiro Fukao; Kumi Hidaka; Masayuki Endo; Hiroshi Sugiyama; Takashi Hamaji; Yoshinobu Kato; Isamu Miyakawa; Osami Misumi; Toshiharu Shikanai; Yoshiki Nishimura
• 通讯作者: Yoshiki Nishimura