植物が「可動性DNA」を選択的に不活化するメカニズムを解明ーエピゲノム編集技術などへの応用に期待ー

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2026-07-24 東京科学大学

東京科学大学の藤泰子准教授らは、植物が可動性DNAであるトランスポゾンだけを選択的に不活化する仕組みを解明した。植物ではトランスポゾンの活動を抑えるためDNAメチル化が行われるが、標的をどのように選択しているかは不明だった。研究では、ヒストンバリアントH2A.WとH2A.Zに着目し、欠損変異体を用いてDNAメチル化をリセット・再導入する実験系を構築した。その結果、H2A.Wはトランスポゾン領域への非CGメチル化を促進して不活化を誘導する一方、H2A.Zは遺伝子領域への誤ったメチル化を防ぎ、両者が拮抗的に働くことでDNAメチル化の標的選択を制御していることをゲノムワイドに明らかにした。この制御は遺伝子密度の高い領域で特に顕著であり、植物がゲノムの安定性を維持しながら必要な遺伝子発現を保つ仕組みを示す成果である。今後はエピゲノム編集技術を通じた植物育種や疾患治療への応用が期待される。

植物が「可動性DNA」を選択的に不活化するメカニズムを解明ーエピゲノム編集技術などへの応用に期待ー
図1. ヒストンバリアント

<関連情報>

拮抗的なヒストンH2A変異体と自律的なヘテロクロマチン形成がシロイヌナズナのエピゲノムパターンを形成する Antagonistic histone H2A variants and autonomous heterochromatin formation shape epigenomic patterns in Arabidopsis

Shoko Oda,Sayaka Tominaga,Shumpei Takeuchi,Akihisa Osakabe,Akira Kawabe,Frédéric Berger,Tetsuji Kakutani & Taiko Kim To
Nature Communications  Published:30 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-74770-x  Unedited version

Abstract

Heterochromatin formation is pivotal in many eukaryotes with repetitive sequences, such as transposable elements (TEs). However, in plants, where the known de novo DNA methylation mechanism (RdDM) targets euchromatin, how heterochromatin is formed in a region-specific manner remains unclear. We previously reported an RdDM-independent de novo establishment of H3K9me and non-CpG methylation, both of which localize in heterochromatin. Here we show that the mutually exclusive histone H2A variants, H2A.W and H2A.Z, function as guides to initiate heterochromatin formation; H2A.W and H2A.Z promotes and inhibits heterochromatin establishment, respectively, especially in chromosomal arm regions with dispersed TEs. In contrast, pericentromeric TEs demonstrate autonomous heterochromatin formation, less dependently on these H2A variants. Furthermore, H2A.Z protects protein-coding genes from ectopic heterochromatin formation, possibly by preventing its spreading. We propose that the genome indexing mechanism driven by H2A variants, as well as the autonomous formation of pericentromeric heterochromatin, shapes proper epigenomic patterns in Arabidopsis.

細胞遺伝子工学
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