イネにおけるファイトアレキシン生合成酵素遺伝子クラスターの発現制御機構の解明

イネの主要なジテルペン型ファイトアレキシンであるモミラクトン・ファイトカサンの生合成酵素遺伝子はそれぞれゲノム中において遺伝子クラスターを形成していることが知られている。本研究では、これらの遺伝子クラスターの発現制御機構の解明を目指し、ファイトアレキシン生合成酵素遺伝子クラスター全体の発現制御を行う転写因子であるOaTGAP1に着目して研究を行っている。本年度は、ChIP-seq解析により、OsTGAP1の結合位置の網羅的同定を行った。その結果、エリシター未処理時・処理時についてそれぞれ2763箇所および2777箇所のOsTGAP1の結合位置を見出した。ジテルペン型ファイトアレキシン生合成酵素遺伝子近傍におけるOsTGAP1の結合位置を解析したところ、MEP経路遺伝子については、OsDXS3の転写開始点上流にOsTGAP1が結合していたことから、OsDXS3についてはOsTGAP1により直接転写制御を受けていると考えられるが、他の遺伝子の上流域には有意な結合は認められなかった。また、モミラクトン・ファイトカサンの生合成酵素遺伝子についても、一部の遺伝子の上流域にのみOsTGAP1の結合が見られるものの、クラスター上の多くの遺伝子の上流域には結合が認められず、遺伝子クラスター領域の外側や遺伝子間領域にOsTGAP1の強い結合が見られた。このことから、OsTGAP1がすべてのジテルペン型ファイトアレキシン生合成遺伝子の上流域に結合して、転写制御を行っているのではなく、新規な転写制御機構が機能していることが示唆された。またyeast two-hybrid screeningによるOsTGAP1と相互作用するタンパク質の探索を行い、10の候補タンパク質を得た。これらのうちにはヒストン修飾に関与すると予想されるENT-domaincontainingproteinが含まれていた。そこで、まずモミラクトン生合成酵素遺伝子におけるヒストン修飾の変化を解析したところ、キチンエリシター誘導的にヒストンH3K4のトリメチル化とヒストンH3K9/14のアセチル化が起きていることを見出した。このことから、モミラクトン生合成酵素遺伝子クラスターの転写制御にはピストン修飾が関与していることが示唆された。

イネの主要なジテルペン型ファイトアレキシンであるモミラクトン・ファイトカサンの生合成酵素遺伝子はそれぞれゲノム中において遺伝子クラスターを形成していることが知られている。本研究では、これらの遺伝子クラスターの発現制御機構の解明を目指し、ファイトアレキシン生合成酵素遺伝子クラスター全体の発現制御を行う転写因子であるOaTGAP1に着目して研究を行っている。本年度は、ChIP-seq解析により、OsTGAP1の結合位置の網羅的同定を行った。その結果、エリシター未処理時・処理時についてそれぞれ2763箇所および2777箇所のOsTGAP1の結合位置を見出した。ジテルペン型ファイトアレキシン生合成酵素遺伝子近傍におけるOsTGAP1の結合位置を解析したところ、MEP経路遺伝子については、OsDXS3の転写開始点上流にOsTGAP1が結合していたことから、OsDXS3についてはOsTGAP1により直接転写制御を受けていると考えられるが、他の遺伝子の上流域には有意な結合は認められなかった。また、モミラクトン・ファイトカサンの生合成酵素遺伝子についても、一部の遺伝子の上流域にのみOsTGAP1の結合が見られるものの、クラスター上の多くの遺伝子の上流域には結合が認められず、遺伝子クラスター領域の外側や遺伝子間領域にOsTGAP1の強い結合が見られた。このことから、OsTGAP1がすべてのジテルペン型ファイトアレキシン生合成遺伝子の上流域に結合して、転写制御を行っているのではなく、新規な転写制御機構が機能していることが示唆された。またyeast two-hybrid screeningによるOsTGAP1と相互作用するタンパク質の探索を行い、10の候補タンパク質を得た。これらのうちにはヒストン修飾に関与すると予想されるENT-domaincontainingproteinが含まれていた。そこで、まずモミラクトン生合成酵素遺伝子におけるヒストン修飾の変化を解析したところ、キチンエリシター誘導的にヒストンH3K4のトリメチル化とヒストンH3K9/14のアセチル化が起きていることを見出した。このことから、モミラクトン生合成酵素遺伝子クラスターの転写制御にはピストン修飾が関与していることが示唆された。