なぜこれだけ多くの仕組みが必要なのか？〜ゲノム刷り込みの多層的な制御機構の解明〜

　横浜市立大学木原生物学研究所の殿崎薫助教と木下哲教授、農研機構の川勝泰二上級研究員、国立遺伝学研究所、理化学研究所、アメリカ・カリフォルニア大学デイビス校、岩手大学との国際共同研究グループは、イネの胚乳発生段階や細胞の種類によって異なるゲノム刷り込み（ゲノムインプリンティング）＊1の仕組みが存在することを明らかにしました。
　本研究では、イネの胚乳における時系列マルチオミクス解析＊２から、発生の進行過程で多数の刷り込み遺伝子（インプリント遺伝子）＊３を同定し、全てのステージに持続的なインプリント遺伝子と、発生ステージ特異的なインプリント遺伝子が存在することを突き止めました（図１）。さらにシングルセル解析＊４から、細胞の種類によってもインプリント遺伝子の制御が異なることを示唆する結果を得ることに成功しました。極めて複雑に制御されるゲノムインプリンティングの制御メカニズムの全容解明や、植物の種子形成過程におけるインプリント遺伝子の機能解明に関する研究への進展が期待されます。
　本研究成果は、「Nature Plants」誌に掲載されました（英国夏時間2024年7月30日10時）。

研究成果のポイント


イネ胚乳発生の進行過程で異なる発現様式を示す多数のインプリント遺伝子を発見。
発現様式の異なるインプリント遺伝子のエピゲノム制御機構＊５の解明。
胚乳細胞の種類によってインプリント遺伝子の制御が異なることを解明。







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図1．胚乳発生過程で異なる発現様式を示すインプリント遺伝子とその制御機構。



持続的インプリント遺伝子とステージ特異的インプリント遺伝子ではエピゲノム状態が異なる。


研究背景
　ゲノムインプリンティングは、両親から受け継いだ遺伝子のうち、特定の遺伝子が片親由来のゲノムから発現し、他方のゲノムでは発現しない現象です。この現象は、哺乳類の胎盤形成や被子植物の種子形成において重要な役割を果たしていますが、その詳細な制御メカニズムは未だいまだに完全には解明されていません。特に、発生ステージや細胞の種類による遺伝子発現制御の違いについては、理解が進んでいない部分が多くありました。従来の研究において、エピジェネティック修飾（DNAメチル化やヒストン修飾）＊６によって遺伝子発現が制御されることが示唆されていましたが、その動的な変化や細胞特異的な制御メカニズムについては不明な点が多く残されていました。