Establishment of the basis for plant mitochondrial genome breeding

植物线粒体基因组育种基础的建立

• 批准号: 20H05680
• 负责人: 堤 伸浩
• 金额: $ 126.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-08-31 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H05680/
• 关键词: ミトコンドリア; ゲノム編集; ミトコンドリアゲノム育種; 植物ミトコンドリア; 品種改良; 細胞質雄性不稔; ミトコンドリアゲノム; ミトコンドリアゲノム編集; オルガネラゲノム編集

mitoTALEN法の論文公開とその後複数の論文発表の反響から、植物ミトコンドリアゲノムの改変について国内外問わず多数の共同研究依頼が舞い込み（2022年3月時点, 約45プロジェクト）、これら共同研究のためのミトコンドリアゲノム改変ベクターを作製・発送し、またその後解析協力を行うことで、当初予定よりも大規模＆重要性の高い遺伝子＆重要作物多数種（イネ、シロイヌナズナに加え、コムギ、トマト、ジャガイモ、タバコ、スギ、etc.）で研究を発展しうるメリットから、現在はこちらに注力すしている。近年発展著しい技術であるゲノム編集分野であるため、新しく哺乳類のミトコンドリアDNAの塩基置換技術が発表された。そこで、急遽植物用のミトコンドリアと(よりインパクトが大きい) 葉緑体TALECDベクターの設計・開発を行った。完成した葉緑体TALECDをシロイヌナズナに用いてみたところ細胞内に多数コピー存在する葉緑体ゲノムの中の狙った一文字が100%置換され、かつ安定して遺伝するという非常に大きな成功を収めることができた(Nature Plants誌で発表)。本成果は国内外のマスコミからも注目され(新聞報道6件, Webニュース掲載10件等)、これを担当した大学院生は東京大学総長賞にも選出された。植物ミトコンドリアは機能が制限された際には、ミトコンドリアゲノム遺伝子の転写量を上げる過程で、ゲノムDNAのコピー数も増加させることが明らかになるという、意外だが合理的な現象を見出した。RT102型CMSイネの不稔性の成立には従来CMSの原因として同定報告されているorf352だけではなく、その他の遺伝子も関与している可能性があることが明らかになった。これまでミトコンドリアゲノム上の一遺伝子のみでCMSが引き起こされていると考えられてきたが、複数因子が関与する可能性を示すことができた。

MitoTALEN method papers published and published after a number of papers developed by the reaction, plant, plant (March 2022, about 45 days), the joint research and development of the project, the development of the project, the post-analysis cooperation, the initial pre-determined large-scale and important high-medium-sized seeds and important crop species (production, production, development, etc.) The research is developing, and now it's focusing. In recent years, the development of new techniques for DNA gene substitution in mammals has been introduced. The design and development of chloroplast TALECD for acute plants The chloroplast TALECD was completed successfully with 100% substitution and stability in most cells (Nature Plants). The results of this study were published in Japan and abroad (6 news reports, 10 Web reports, etc.), and the University of Tokyo students were selected. The plant's natural function is limited by the process of increasing the amount of DNA in the plant's DNA, and the phenomenon of unexpected and reasonable changes is observed. The reason for the failure of RT102 CMS is that it is impossible to determine the cause of CMS. The probability of a complex factor is shown in the table below.

项目成果

FMT, a protein that affects mitochondrial distribution, interacts with translation-related proteins in Arabidopsis thaliana

• DOI: 10.1007/s00299-020-02634-9
• 发表时间: 2021-01-01
• 期刊: PLANT CELL REPORTS
• 影响因子: 6.2
• 作者: Ayabe, Hiroki;Kawai, Narumi;Arimura, Shin-ichi
• 通讯作者: Arimura, Shin-ichi

ストラスブール大学/INRA(フランス)

斯特拉斯堡大学/INRA（法国）

MitoTALENs: A Method for Targeted Gene Disruption in Plant Mitochondrial Genomes

MitoTALENs：植物线粒体基因组中靶向基因破坏的方法

• DOI: 10.1007/978-1-0716-1653-6_22
• 发表时间: 2021
• 期刊: Methods in Molecular Biology
• 作者: Kang Byung-Ho;Anderson Charles T;Arimura Shin-ichi;Bayer Emmanuelle;Bezanilla Magdalena;Botella Miguel A;Brandizzi Federica;Burch-Smith Tessa M;Chapman Kent D;D?nser Kai;Gu Yangnan;Jaillais Yvon;Kirchhoff Helmut;Otegui Marisa S;Rosado Abel;Tang Yu;Kleine-;Arimura Shin-ichi
• 通讯作者: Arimura Shin-ichi