植物の細胞表面受容体の発現を調節する長鎖非コーディングRNA

Core Concepts

植物は長鎖非コーディングRNAを使って細胞表面受容体の発現を精密に調節している。

Abstract

本研究では、植物の細胞表面受容体であるロイシンリッチリピート受容体様キナーゼ(LRR-RLK)の発現調節メカニズムを解明した。
まず、LRR-RLKの遺伝子の大部分が、逆鎖に転写される長鎖非コーディングRNA(cis-NAT)と関連していることを明らかにした。次に、3つのLRR-RLK(BRI1、CLV1、SOBIR1)に関連するcis-NATを過剰発現させたところ、それぞれの受容体の発現や機能が変化する表現型が観察された。
さらに、cis-NATの発現パターンが組織特異的であり、cis-NATの発現領域でのみ受容体の発現が調節されることを示した。これは、cis-NATによる発現調節が細胞自律的に行われることを意味している。
最後に、LRR-RLKとcis-NATの関連性は、シロイヌナズナだけでなく、トマトやイネなどの作物でも保存されていることを明らかにした。
以上の結果から、植物はcis-NATを使って細胞表面受容体の発現を精密に調節することで、成長、発達、免疫応答などの重要な生命活動を制御していることが示された。

Stats

BRI1遺伝子の発現量が、BRI1_NAT過剰発現株で有意に減少した。
CLV1遺伝子の発現量が、CLV1_NAT過剰発現株で有意に減少した。
SOBIR1タンパク質の蓄積量が、SOBIR1_NAT過剰発現株で有意に増加した。

Quotes

BRI1_NATの過剰発現により、ほとんどの形質転換体が矮性の表現型を示した。
CLV1_NATの過剰発現により、ほとんどの形質転換体が角状の豆果と雌蕊数の増加を示した。
SOBIR1_NATの過剰発現により、細菌感染に対する感受性が増大した。

Key Insights Distilled From

Long non-coding RNAs regulate the expression of cell surface receptors in plants

by Mott,G. A., ... at www.biorxiv.org 04-22-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.22.590565v1

Deeper Inquiries

cis-NATによる発現調節以外に、LRR-RLKの発現を制御する他のメカニズムはあるだろうか。

LRR-RLKの発現を制御する他のメカニズムとして、転写因子による制御やエピジェネティックな変化が挙げられます。転写因子は遺伝子の転写を制御し、外部刺激や発生段階に応じて遺伝子発現を調節します。また、エピジェネティックな変化、例えばDNAメチル化やヒストン修飾なども遺伝子発現に影響を与える重要なメカニズムです。これらの要素はcis-NATによる発現調節とは異なるアプローチでLRR-RLKの発現を制御する可能性があります。

cis-NATの発現調節機能を利用して、作物の形質改良を行うことは可能だろうか。

cis-NATの発現調節機能を利用して、作物の形質改良を行うことは可能です。cis-NATは遺伝子発現を微調整する重要な役割を果たしており、LRR-RLKなどの重要な遺伝子ファミリーの発現を制御することが示されています。作物の形質改良において、cis-NATを介した遺伝子発現の調節は、成長、ストレス応答、病害抵抗性などの重要な形質に影響を与える可能性があります。適切なcis-NATの選択と調節により、作物の収量や品質を向上させるための新たな手法として活用できるでしょう。

LRR-RLK以外の遺伝子ファミリーでも、cis-NATによる発現調節が広く見られるのだろうか。

LRR-RLK以外の遺伝子ファミリーでも、cis-NATによる発現調節が広く見られる可能性があります。cis-NATは植物や動物のゲノム全体で広く存在し、さまざまな遺伝子に影響を与えることが知られています。遺伝子発現の微調整や特定の条件下での調節など、cis-NATが遺伝子発現に及ぼす影響は多岐にわたります。そのため、LRR-RLK以外の遺伝子ファミリーにおいてもcis-NATによる発現調節が広く見られる可能性があり、さらなる研究が必要です。新たな研究によって、cis-NATが他の遺伝子ファミリーにおいても重要な役割を果たしているかどうかが明らかになるでしょう。