イネ小胞体ストレス応答における遺伝子発現制御ネットワークの解明とその産業利用

本年度はイネのUPRにおける遺伝子発現変動を解析するため、経時的なRNA-seq解析を行った。小胞体ストレス誘導剤としてジチオトレイトール(DTT)とツニカマイシン(Tm)を用いた。播種後１週間のイネ幼苗をDTT、Tm、あるいは対象区としてDMSOを含む液体培地に移植した後、経時的に根からRNAを抽出し、BrAD-seq (Townsley et al. 2015)により調製した3’末端特異的ライブラリについてRNA-seq解析を行った。得られた2,975の発現変動遺伝子(DEGs)を発現パターンに基づき10のクラスターに分類し、GO enrichment解析を行った。その結果、DTT、Tm両区で発現が減少した３クラスターではcell wall organizationやnucleosome assembly等のGO termが検出され、小胞体ストレスによる生育阻害が示唆された。両区で発現上昇した２クラスターにはUPRやubiquitin-dependent ERAD pathway（小胞体関連分解）などのGOが該当した。さらに、これらのDEGを制御する転写因子を推定するため、イネ転写因子のDAP-seqデータ(Kawakatsu et al. unpublished data)との比較を行った。その結果、60の転写因子と10のターゲットGOクラスターからなる遺伝子発現制御ネットワークを作成した。UPR遺伝子群は、既知のOsbZIP39、OsbZIP60のほか、4 hrにDTT、Tm両区で発現上昇するAP59および24 hrにTm特異的に発現上昇するOsERF3の制御下にあることが示唆された。AP59はOsbZIP39の下流に、OsERF3はAP59の下流に位置した。この２つのERFファミリー転写因子はUPRの他にもそれぞれ５つのGOクラスターの上流に位置し、小胞体ストレスセンサーと生育阻害などのアウトプットを結ぶハブ転写因子として機能すると推定された。ハブ転写因子としてはこの他に３つのERFファミリー転写因子などが候補に挙がり、その大多数がDTT、Tm両区に共通していた。以上の結果から、今後、複合的な小胞体ストレス応答を構成する個々のシグナル伝達経路の解明が期待される。

本年度はイネのUPRにおける遺伝子発現変動を解析するため、経時的なRNA-seq解析を行った。小胞体ストレス誘導剤としてジチオトレイトール(DTT)とツニカマイシン(Tm)を用いた。播種後１週間のイネ幼苗をDTT、Tm、あるいは対象区としてDMSOを含む液体培地に移植した後、経時的に根からRNAを抽出し、BrAD-seq (Townsley et al. 2015)により調製した3’末端特異的ライブラリについてRNA-seq解析を行った。得られた2,975の発現変動遺伝子(DEGs)を発現パターンに基づき10のクラスターに分類し、GO enrichment解析を行った。その結果、DTT、Tm両区で発現が減少した３クラスターではcell wall organizationやnucleosome assembly等のGO termが検出され、小胞体ストレスによる生育阻害が示唆された。両区で発現上昇した２クラスターにはUPRやubiquitin-dependent ERAD pathway（小胞体関連分解）などのGOが該当した。さらに、これらのDEGを制御する転写因子を推定するため、イネ転写因子のDAP-seqデータ(Kawakatsu et al. unpublished data)との比較を行った。その結果、60の転写因子と10のターゲットGOクラスターからなる遺伝子発現制御ネットワークを作成した。UPR遺伝子群は、既知のOsbZIP39、OsbZIP60のほか、4 hrにDTT、Tm両区で発現上昇するAP59および24 hrにTm特異的に発現上昇するOsERF3の制御下にあることが示唆された。AP59はOsbZIP39の下流に、OsERF3はAP59の下流に位置した。この２つのERFファミリー転写因子はUPRの他にもそれぞれ５つのGOクラスターの上流に位置し、小胞体ストレスセンサーと生育阻害などのアウトプットを結ぶハブ転写因子として機能すると推定された。ハブ転写因子としてはこの他に３つのERFファミリー転写因子などが候補に挙がり、その大多数がDTT、Tm両区に共通していた。以上の結果から、今後、複合的な小胞体ストレス応答を構成する個々のシグナル伝達経路の解明が期待される。