植物分子遺伝学者がエピジェネティックコードを発見し、解読を始める

以下は少し古い文献ですが、掲載し忘れていたものです。植物での＜epigenetics＞　の研究をしている研究者は今でも少ないのではないかと思われます。


植物分子遺伝学者がエピジェネティックコードを発見し、解読を始める

Plant molecular geneticists discover, and begin to crack, the epigenetic code

Alenka Hafner, left, graduate student in biology, worked closely with lead researcher Hardik Kundariya, senior researcher in the Eberly College of Science, on this project. Here they are assessing Arabidopsis plants that show epigenetically enhanced growth vigor. Credit: Penn State. Creative Commons
COLLAPSE
AUGUST 16, 2022
By Jeff Mulhollem
UNIVERSITY PARK, Pa. —

ペンシルバニア大学ユニバーシティパーク校は、植物が干ばつや異常気温の長期化などの環境問題を感知すると、本能的に遺伝物質を再プログラムし、生き残り、さらには成長させる。このような変化の引き金となる化学コードを解読し、それを複製することで、より生命力が強く、生産性の高い、回復力のある作物を育成することができる。
これは、ペンシルベニア州立大学の分子植物遺伝学者のチームが、こうした再プログラム効果に関する初めての研究を行い、ある遺伝子を発現させたり過剰に発現させたりして、他の遺伝子を抑制する「エピジェネティック再プログラム」コードを発見したことによる結論である。研究者らは、この初期化プロセスを理解し、いつか利用することが、気候変動がもたらす極端な天候に耐える作物の育種に不可欠であると考えている。

研究チームを率いるサリー・マッケンジー教授（農業科学大学植物科学科およびエバリー大学生物学部）は、「植物は、ストレスに耐えるために、勢いよく成長したり、身を隠したりして、新しい状態に移行することができます」と語っています。「言い換えれば、それを実現するために交配する必要はないのです。新しい遺伝子を加える必要はありません。なぜなら、植物は、適切に促されれば、実際に自分自身でその状態になるからです。"

このようなストレス誘発状態を通じて、環境変化に比較的早く適応する能力は、DNAメチル化と呼ばれる化学反応を伴うプロセスを通じて植物が「記憶」するため、何世代にもわたって受け継がれると、マッケンジーは説明しています。

Lloyd and Dottie Huck Chair of Functional Genomicsを務めるMackenzie氏は、エピジェネティックな変化と植物の成長特性に影響を与える遺伝子ネットワークの関係（彼女はこれを「遺伝子内DNAメチル化再形成」と呼んでいる）は、これまで研究されてこなかったと指摘する。マッケン教授は、この種の研究には特殊なデータ解析手法と膨大な計算能力が必要であり、ペンシルベニア州立大学はその両方を備えていると指摘した。

マッケンジー教授の研究グループは、以前の研究で、MSH1と呼ばれる単一の遺伝子を操作することで、植物の回復力ネットワークを広範囲に制御できることを発見している。そして、MSH1遺伝子をサイレンシングした後に植物にストレスを「感知」させることで、植物は成長を調整し、根の形を変え、地上部のバイオマスを制限し、開花時期を遅らせ、環境刺激に対する反応を変化させることができるのである。

しかし、マッケンジーは、この技術の可能性は植物科学の枠をはるかに超えると考えている。
この技術は、MSH1システムの特徴というよりも、むしろエピジェネティックな『言語』であるため、より広い意味合いを持ちます」と彼女は言う。「私たちの研究によって、この新発見の解読方法を、動物やヒトの病気の早期診断に役立てることができるかもしれません。生物学的システムが「機能不全」または「修正」される時はいつでも、メチロームがその兆候を示すと予測されます。"

エバリー理科大学の上級研究員でマッケンジーのグループの一員であるハーディク・クンダリヤが率いる最新の研究で、研究者達は、小さな花を咲かせる植物シロイヌナズナに焦点を当てました。マウスイヤークレスとも呼ばれるこの植物は、キャベツやマスタードと同じアブラナ科の植物で、植物生物学の研究に用いられるモデル生物の一つであり、全ゲノム配列が決定された最初の植物である。


このたび『Genome Biology』誌に掲載されたこの研究では、MSH1遺伝子を操作して、植物のストレス応答と生育力に影響を及ぼす少なくとも4種類の異なる非遺伝的状態を引き起こした。研究チームは、これら4つの状態のデータを相互に比較することにより、ゲノム内でエピジェネティックな変化を起こす特定の遺伝子のターゲットを特定し、植物の成長に関連するデータを解読することに成功した。

この遺伝子を操作した結果、野生型シロイヌナズナよりも成長が遅く、開花が遅れ、生育力が高まり、種子の着生が増えるなど、植物の外見や生存に有利な成長特性が変化したと報告されました。
この研究には、Robersy SanchezとXiaodong Yangの両生物学助教授と、計算生物学の博士課程でメチロームのリプログラミングを研究しているAllenka Hafnerも貢献しています。

この研究は、米国国立衛生研究所（NIH）から資金提供を受け、ペンシルベニア州立大学ハック生命科学研究所からMackenzie研究室への支援を受けています。