迅速なDNA修復がゲノムの安定を維持(Rapid DNA repair keeps genome stable)

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2025-05-26 マックス・プランク研究所

マックス・プランク分子植物生理学研究所の研究チームは、植物におけるDNA二重鎖切断(DSB)の迅速な修復が、葉緑体DNAの核ゲノムへの不適切な統合を防ぎ、ゲノムの安定性を維持する上で重要であることを明らかにしました。タバコ植物を用いた実験で、DSB修復経路の一部を無効化すると、葉緑体DNAの核ゲノムへの統合頻度が最大20倍に増加し、ゲノムの不安定化や突然変異が引き起こされることが確認されました。この発見は、植物の進化過程における内共生遺伝子移行(EGT)の制御機構を解明するものであり、同様のDNA修復経路が動物やヒトにも保存されていることから、がんなどの疾患におけるゲノム不安定性の理解にも貢献する可能性があります。

<関連情報>

DNA二本鎖切断修復によるプラスチドから核への遺伝子導入の抑制 Suppression of plastid-to-nucleus gene transfer by DNA double-strand break repair

Enrique Gonzalez-Duran,Xenia Kroop,Anne Schadach & Ralph Bock
Nature Plants  Published:16 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41477-025-02005-w

迅速なDNA修復がゲノムの安定を維持(Rapid DNA repair keeps genome stable)

Abstract

Plant nuclear genomes contain thousands of genes of mitochondrial and plastid origin as the result of endosymbiotic gene transfer (EGT). EGT is a still-ongoing process, but the molecular mechanisms determining its frequency remain largely unknown. Here we demonstrate that nuclear double-strand break (DSB) repair is a strong suppressor of EGT. Through large-scale genetic screens in tobacco plants, we found that EGT from plastids to the nucleus occurs more frequently in somatic cells when individual DSB repair pathways are inactive. This effect is explained by the expected increase in the number and residence time of DSBs available as integration sites for organellar DNA. We also show that impaired DSB repair causes EGT to increase 5- to 20-fold in the male gametophyte. Together, our data (1) uncover DSB levels as a key determinant of EGT frequency, (2) reveal the strong mutagenic potential of organellar DNA and (3) suggest that changes in DNA repair capacity can impact EGT across evolutionary timescales.

細胞遺伝子工学
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