植物ミトコンドリアゲノム機能の解析に資するタンパク質性RNA干渉分子の開発

开发基于蛋白质的 RNA 干扰分子，有助于分析植物线粒体基因组功能

• 批准号: 18J12389
• 负责人: 小林 健人
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J12389/
• 关键词: PPR; ミトコンドリア; RNA

植物ミトコンドリア遺伝子の機能解析に際して、ゲノム編集等のDNAの不可逆的改変は致死となる可能性が高く、適用できないことが多いと想定される。従って、植物ミトコンドリア遺伝子の転写産物（RNA）を操作する技術の開発が必要である。陸上植物で特異的に拡大したPPR蛋白質ファミリーは共生オルガネラの遺伝子発現制御、特にRNA段階での制御、のために植物が進化させた因子であり、植物ミトコンドリアの人工RNA制御にとって格好の素材となりうる。本研究は、塩基配列特異的にRNAを認識することが可能な当該PPR蛋白質を利用することで任意のミトコンドリア遺伝子の発現をRNA段階で抑制することができる分子ツールを創出し、植物ミトコンドリアゲノム機能の新たな解析手法を提供しようとするものである。本年度は、多検体処理が容易な動物培養細胞レポーター系を用いてPPR蛋白質との融合で遺伝子発現抑制効果をもたらすエフェクタードメインのスクリーニングを実施した。また、天然で植物ミトコンドリアRNAの不活化に働くRf-PPR蛋白質の標的RNA配列を同定することで、人工PPR蛋白質を設計する際にミトコンドリアRNA上のどの領域を標的とするのが適しているのかという知見を得た。そして、重要な植物育種形質である細胞質雄性不稔に関与するミトコンドリア遺伝子に対する人工RNA結合蛋白質の構築に着手した。一方、天然のPPR蛋白質に塩基編集の触媒活性を持つドメインを融合することよって、ミトコンドリアRNAの改変（人工的な編集）を示す予備的な結果を得た。今後、人工進化やリンカーの工夫を施し、PPR部分とエフェクター（RNA分解/編集）部分の連結方法を最適化することによって植物ミトコンドリア遺伝子の機能解析に資するRNA操作ツールにまで発展させることが可能だと考えている。

The possibility of irreversible modification of DNA in plant genome is high and applicable in functional analysis. It is necessary to develop techniques for the manipulation of RNA in plants. A large PPR protein that is specific to terrestrial plants is produced in symbiosis, gene development, regulation of specific RNA segments, and plant evolution factors. This study provides a new approach to the analysis of PPR protein functions by identifying and inhibiting the expression of arbitrary PPR proteins at RNA levels. This year, it is easy to use PPR protein and fusion gene expression inhibition effect in animal culture cell culture system. The target RNA alignment of Rf-PPR protein was determined when the natural plant RNA was inactivated, and the target RNA alignment of Rf-PPR protein was determined when the artificial PPR protein was designed. The construction of artificial RNA-binding proteins for cytoplasmic male sterility and female sterility in plant breeding The catalytic activity of a natural PPR protein matrix assembly was demonstrated by fusion and RNA modification (artificial assembly). In the future, the artificial evolution of DNA will be carried out, and the PPR part will be optimized. The RNA manipulation and development of DNA will be possible in the functional analysis of plant DNA.