遺伝子を壊さず「遺伝子のはたらき」だけを操作するエピゲノム編集技術植物の品種改良につながる次世代新技術ー 簡便かつ高精度なDNAメチル化編集技術「nSpCas9システム」を開発ー

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2026-06-16 愛媛大学

愛媛大学を中心とする研究グループは、DNA配列そのものを改変せず、遺伝子の働きを制御するエピゲノム編集技術として、簡便かつ高精度なDNAメチル化編集システム「nSpCas9システム」を開発した。DNAメチル化は遺伝子発現を調節する重要なエピジェネティック修飾であり、従来のエピゲノム編集法は複雑な構成や広範囲への影響が課題だった。新手法では、ニッカーゼ型SpCas9(nSpCas9)にDNAメチル化関連酵素を直接融合するシンプルな構造を採用し、高い編集効率を維持しながら作用範囲を標的近傍に限定することに成功した。シロイヌナズナを用いた実験では、DNA配列を変更することなくDNAメチル化状態を操作し、花成時期など遺伝子発現に関わる形質を制御できることを示した。本技術は遺伝子破壊や外来遺伝子導入を伴わずに形質改変を可能にするため、将来的にはイネ、トマト、カンキツ類など多様な農作物の品種改良への応用が期待される。研究成果は植物のエピゲノム制御技術の発展に貢献し、次世代育種技術の基盤となる可能性を持つ。

遺伝子を壊さず「遺伝子のはたらき」だけを操作するエピゲノム編集技術植物の品種改良につながる次世代新技術ー 簡便かつ高精度なDNAメチル化編集技術「nSpCas9システム」を開発ー
DNA配列を変えることなく、DNAメチル化の付け外しで、花の咲くタイミングを制御可能

<関連情報>

シロイヌナズナにおけるニッカーゼ型SpCas9とDNAメチル化関連酵素の直接融合による簡便かつ局所的なDNAメチル化編集技術の開発 Development of a simple and locus-restricted DNA methylation editing system using direct fusion of a nickase-type SpCas9 and DNA methylation-related enzymes in Arabidopsis thaliana

Shunya Hirata,Taisei Ozono,Kenshin Kawai,Chiyoko Machida,Kappei Kobayashi,Yoko Ikeda,Taisuke Nishimura,Hidetaka Kaya
Plant and Cell Physiology  Published:11 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1093/pcp/pcaf162

Abstract

DNA methylation is an important epigenetic modification that regulates gene expression and supports genome stability. DNA methylation editing technology differs from conventional genome editing technology, which introduces mutations into genes, in that it enables changing gene expression without altering the base sequence. In this study, we attempted simple and locus-restricted DNA methylation editing in Arabidopsis thaliana using fusion proteins directly linking a nickase-type SpCas9 protein with DNA methylation-related enzymes. First, fusion of the human Ten-eleven translocation methyl cytosine dioxygenase 1 (TET1) catalytic domain (TET1cd) to nSpCas9 led to removing 5-methylcytosine in the FLOWERING LOCUS WA (FWA) promoter region of the wild-type plant, resulting in increased expression of the FWA gene and consequently, a late-flowering phenotype. Conversely, fusion of a mutant form of the bacterial DNA methyltransferase MQ1 (MQ1v) to nSpCas9 induced de novo DNA methylation in the fwa101-D mutant, in which the FWA promoter region is hypomethylated, and suppressed FWA gene expression, resulting in an early-flowering phenotype compared with the fwa101-D mutant. Of particular importance, our nSpCas9 system achieves targeted DNA methylation editing within a genomic window of ~10–20 kb. The nSpCas9 system features a compact and simplified vector structure due to the DNA methylation-related enzyme directly fusing to nSpCas9. Furthermore, sgRNA can be easily replaced, making it highly flexible. We propose a new method for targeted epigenome editing technology in plants, paving the way for innovative strategies in both basic research on epigenetics and crop development through epigenome editing.

細胞遺伝子工学
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