生物系特定産業技術研究支援センター

研究の目的

長年希求されているイネのゲノム全体の中から任意の標的遺伝子だけを加工する標的遺伝子組換え技術を、生物が自然に行う相同組換え機構を利用して開発し、安全・安心な次世代高速ゲノム加工技術の核とする。

研究項目及び実施体制(◎は研究代表者)

• 組換え開始酵素Spo11による標的相同組換え活性化法の確立
  (◎柴田武彦/独立行政法人理化学研究所)
• 組換え開始酵素Spo11によるイネの相同組換え制御
  (若狭 暁/東京農業大学農学部遺伝育種学研究室)
• 組換え標的遺伝子特異的に結合する蛋白質ドメインの開発に関する研究
  (胡桃坂 仁志/早稲田大学理工学術院 胡桃坂研究室)
• 昆虫での、Spo11誘導による高効率な標的相同組換え法の確立
  (草野 好司/京都工芸繊維大学大学院工芸科学研究科)

研究の内容及び主要成果

• イネで利用できる諸迅速アッセイ系を確立し、イネ花粉での相同組換えを検出した。
• イネで利用できる特異DNA配列結合ドメインをデザインした。
• SPO11の減数分裂期二重鎖切断機能検定系を構築し、Spo11ホモログ等の個々の検定を可能にした。
• 酵母を用いたリード研究で、Spo11のDNA切断能活性化の機構と、組換え開始とそれに先立つDNA複製との協調制御の仕組みを明らかにした。
• イネの4種、シロイヌナズナの3種のSpo11ホモログの可溶状態での単離法を世界に先駆けて確立し、SPO11の組換え開始酵素機能に必要なDNA結合の部位をその蛋白質立体構造上に決めた。
• イネの減数分裂期組換え開始二重鎖切断に働くSPO11を同定した。また、新たなイネのSpo11ホモログを同定し、その機能について重要な示唆を得た。
• イネの減数分裂期で、SPO11による二重鎖切断の直後に働く組換え酵素DMC1の分子機能を同定した。

見込まれる波及効果

• 高等植物のSpo11ホモログ群を活性型蛋白質として単離する方法の確立に成功し、他の生物と異なる複数のSpo11ホモログを持つ植物において、その機能を解析する道を開いた。
• SPO11の減数分裂期二重鎖切断機能を生体で検定できる系を実現した。1と2との成果により、イネでのSPO11活性の自在制御による標的組換え技術の実現を阻んでいた大きな壁が取り除かれた。
• すでに、効率よく相同組換えを検出できることも示したので、これらの成果をもとに、標的遺伝子組換え技術の実現に大きく前進する条件が整った、これにより、自然法則に沿った合理的な育種を効率よく高速で行う全く新しいイネの次世代ゲノム加工技術を提供できる。

主な発表論文

• Sakane, I., et al.,: Filament formation and robust strand exchange activities of the rice DMC1A and DMC1B proteins. Nucleic Acids Res., 36, 4266-4276 (2008).
• Sasanuma H., et al.: Cdc7-dependent phosphorylation of Mer2 facilitates initiation of yeast meiotic recombination.Genes Dev.: 398-410 (2008).
• Hirota K., et al.: Stepwise chromatin remodelling by a cascade of transcription initiation of non-coding RNAs.Nature: 130-134 (2008).
• Hirota K., et al.: Distinct chromatin modulators regulate the formation of accessible and repressive chromatin at the fission yeast recombination hotspot ade6-M26. Mol. Biol. Cell: 1162-1173 (2008).
• Ochiai-Fukuda T., et al.: A fluorescent antibiotic resistance marker for rapid production of transgenic rice plants. J. Biotechnol.: 521-527 (2006).

研究のイメージ