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植物幹細胞の生殖生長相転換とエピゲノムの相互作用

横浜市立大学 木原生物学研究所 植物遺伝資源科学部門 辻 寛之

 ゲノム・遺伝子相関は異種ゲノムが出会う生殖過程で顕著に作用する。本研究の目的は、この生殖過程の起点となる幹細胞集団「生殖生長メリステム」の成り立ちについて、エピゲノミクスの視点から理解することである。この理解を通して、ゲノム・遺伝子相関の基盤となるエピゲノム制御の実体を把握することに貢献したい。

 植物の茎の先端には、地上部器官すべての起源となる幹細胞集団「茎頂メリステム」が存在している。茎頂メリステムは、発芽当初は葉を分化する栄養生長相にあるが、環境変化などによって生殖生長相へ質的に転換され、生殖器官である花の分化を開始する。従って生殖生長メリステムの成立とその後の生殖器官(花)分化は、ゲノム・エピゲノム情報を次世代へ伝達する生殖過程の起点と捉えることができる。メリステム生長相転換の分子基盤としてエピゲノム制御が想定されるが、その実体がどのようなものなのかは未知であり興味深い。また生殖生長メリステムで生じたエピゲノムの変化が、生殖過程で顕在化する「ゲノム・遺伝子相関」の仕組みに潜在することも予想される。

 私達はこれまで、生長相転換前後の茎頂メリステムを単離してmRNA、small RNA及びエピゲノム(DNAメチローム)の大規模解析を実施してきた。その過程でエピゲノムのリプログラミングや転移因子の特徴的な制御など興味深い制御過程を発見した。これらの発見に基づき、本研究ではゲノム・遺伝子相関をその起点から理解することを目的としている。この目的のため、次の3つの現象を研究する。 (1) 生殖生長相転換過程におけるトランスポゾンの制御:トランスポゾンのエピジェネティックな制御がゲノム・遺伝子相関を説明する 分子機構の一端として提案されている。私たちは生殖生長メリステム成立の過程でトランスポゾンに特徴的な制御が生じることを見出  しつつあるので、このメカニズムと発生転換上の意義を明らかにする。
(2) 生殖生長相転換過程におけるエピゲノムのリプログラミング:茎頂メリステムが生殖生長相へ移行する際、ゲノムワイドなDNAメチ ル化の変化が生じることを見出しつつある。この変化が遺伝子発現やトランスポゾンの制御に与える影響を明らかにする。
(3) 幹細胞エピゲノムの変化と維持:メリステムが生殖生長相へ転換する際、またはメリステムから器官分化する際に、そのエピゲノム がどの程度維持されるのか、もしくは書き換えられるのかを明らかにする。

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