・はじめに：生命情報科学と「植物新種誕生原理」の関わり
演者：瀬々潤（産総研 人工知能研究センター）

・植物幹細胞エピゲノムのリプログラミング
演者：辻寛之（横浜市立大学 木原生物学研究所）

DNAメチル化は、遺伝子の発現制御やトランスポゾンの転移抑制を通して多細胞生物の発生・分化に重要な役割を果たしている。植物と動物に共通して、その発生と分化は未分化状態の幹細胞から特定の機能を分化させた細胞を生み出す過程を経て進行する。この過程におけるDNAのメチル化パターンを明らかにすることは発生・分化の理解に重要である。近年、ヒト幹細胞や分化細胞のDNAメチロームが解析されるようになったが、発生様式を異にする植物において未分化な幹細胞群と分化細胞から構成される器官の比較解析は行われていない。植物の幹細胞は、地上部では茎の先端に位置する茎頂メリステムと呼ばれる組織に存在している。茎頂メリステムは植物の地上部すべての起源となる幹細胞領域であり、発芽当初は葉を分化する栄養成長期にあるが、花芽分化に適した環境になると葉で移動性の花芽分化決定因子フロリゲン（Hd3aタンパク質）が合成され、これがメリステムへ到達すると花器官を分化する生殖成長期へ質的に転換される(Taoka, Ohki, Tsuji et al., Nature 2011, Tamaki, Tsuji et al., PNAS 2015)。本研究では、栄養成長期及び生殖成長期のイネ茎頂メリステムを材料にDNAメチローム解析を行い、分化を完了した葉のメチロームと比較した。またRNA-seq、small RNA-seq、プロテオーム解析も並行して実施し、これらを統合して解析した。その結果、フロリゲンは植物メリステムの機能転換を誘導する過程で大規模なエピゲノムのリプログラミングを誘導することを見出した。

・The 1001 Epigenomes Project: Epigenomic diversity in a global collection of Arabidopsis thaliana accessions
演者：川勝泰二（農業・食品産業技術総合研究機構 生物機能利用研究部門、Salk Institute for Biological Studies）

The epigenome orchestrates genome accessibility, functionality and three-dimensional structure. Because epigenetic variation can impact transcription and thus phenotypes, it may contribute to adaptation, especially in plants as sessile organisms that can persist in the same location. Leveraging the expanded analysis of sequence variations in the genomes of 1,135 natural accessions (The 1001 Genomes Project: http://1001genomes.org), here we report results from the accompanying the 1001 Epigenomes Project (http://neomorph.salk.edu/1001.php), with 1,107 methylomes from 1,028 accessions and 1,203 transcriptomes from 998 accessions. Although the genetic basis of methylation variation is highly complex, geographic origin is a major predictor of genome-wide DNA methylation levels and of altered gene expression caused by epialleles. Comparison to the 2.7 million transcription factor binding sites (TFBS) of 329 TFs identified on Col-0 leaf DNA with methylcytosines (Col-0 cistrome) and the additional ~180,000 TFBS identified on methylation-free DNA (Col-0 epicistrome) identifies associations between TFBS, methylation, nucleotide variation and co-expression modules. Optical genome maps for nine of the most diverse genomes reveals how transposons and other structural variants shape the epigenome, with dramatic effects on immunity genes. The 1001 Epigenomes Project provides a comprehensive resource for understanding how variation in DNA methylation contributes to molecular and non-molecular phenotypes in natural populations of the most studied model plant.

Ref. Kawakatsu et al. (2016) Cell 166:492-505

・ゲノミックインプリンティング ～全ゲノムバイサルファイトシーケンス解析から"目印"として働くDNAメチル化の本質を探る～
演者：小林久人（東京農業大学 生物資源ゲノム解析センター）

全ゲノムバイサルファイトシーケンス（WGBS）解析法は全ゲノムを対象に一塩基解像度でDNAメチル化状態を定量化することを可能である。我々は、胎盤を有する哺乳動物においてみられる、片方の親に由来する対立遺伝子のみが発現するゲノム刷り込み（Genomic imprinting）機構に注目し、刷り込みが成立する生殖細胞系列を対象としたWGBS解析を行ってきた。数多くの雌雄配偶子間DNAメチル化再領域（germline DMRs）を特定すると同時に、DNAメチル化刷り込み確立には配偶子での遺伝子転写に起因するジーンバディメチル化（転写される領域全体が高度にメチル化される現象）が重要であることを明らかにした。本発表では、WGBS法により詳細が明らかとなった生殖細胞および受精卵が受けるゲノムワイドなDNAの新規メチル化・脱メチル化とそれらに対する配列特異的な抵抗性について解説し、DNAメチル化がGenomic imprinting機構で担う役割の本質について議論する。