植物は「遺伝子の使いやすさ」をあらかじめ決めていた ～DNAメチル化が植物の環境応答を左右する新たな仕組みを発見～
形態機能学系の伊藤秀臣准教授らの研究グループは、植物が放出する揮発性有機化合物の一種であるtrans-2-hexenalに対する遺伝子発現応答とDNAメチル化との関係を網羅的に解析し、遺伝子本体のDNAメチル化（gene-body methylation）の保存性が、環境刺激に対する遺伝子発現応答の大きさと関連することを明らかにしました。この研究は、博士課程のバルバルア・バイバブ・ラジェンさんを筆頭著者として行われました。
ポイント
・植物が放出する揮発性物質（VOC）に応答する遺伝子には、DNAメチル化パターンに偏りがあることを発見。
・遺伝子本体（gene body）のDNAメチル化の保存性が高い遺伝子ほど発現変化が小さく、保存性の低い遺伝子ほど環境刺激に強く応答することを明らかにした。
・DNAメチル化は環境刺激によって短時間で変化するのではなく、「応答しやすさ」を事前に規定するゲノム情報として働く可能性を示した。
概要
形態機能学系の伊藤秀臣准教授らの研究グループは、植物が放出する揮発性有機化合物（VOC）であるtrans-2-hexenal（T2H）に対する遺伝子発現応答と、DNAメチル化との関係を網羅的に解析しました。
その結果、DNAメチル化状態によって、植物の遺伝子が環境刺激に応答しやすいかどうかが大きく異なることを発見しました。
特に、遺伝子本体に存在するDNAメチル化（gene-body methylation）の保存性が高い遺伝子は環境刺激に対して比較的安定した発現を示す一方、保存性の低い遺伝子は大きく発現量を変化させることが分かりました。
本研究は、DNAメチル化が環境刺激によって短時間で変化するのではなく、植物が将来の環境変化へどの程度応答できるかを事前に決める「設計図」の一部として機能している可能性を示しています。
研究の背景
植物は乾燥や高温、害虫など様々なストレスを受けています。
その際、傷ついた植物から放出されるVOCは、周囲の植物にもストレス情報を伝え、防御反応を誘導することが知られています。
一方で、
「なぜある遺伝子は強く応答し、別の遺伝子はほとんど応答しないのか」
という基本的な疑問は十分に解明されていませんでした。
研究グループは、この違いにDNAメチル化が関与しているのではないかと考えました。
研究内容
研究では、シロイヌナズナを30分間T2Hに曝露したRNA-seqデータを再解析するとともに、公開されているDNAメチル化データベースを統合して解析しました。解析には野生型だけでなく、HSFA2欠損株、HDA6欠損株、および自然系統Cvi-0も含まれました。
解析の結果、
・T2H応答遺伝子はDNAメチル化型ごとに偏って存在する
・gene-body methylation の保存性が低い遺伝子ほど大きく応答する
・保存性が高い遺伝子は発現が安定している
・DNAメチル化に関連するeQTL情報とも強く対応する• DNAメチル化に関連するeQTL情報とも強く対応する
ことを明らかにしました。
さらに、HSFA2やHSP101などストレス応答に重要な遺伝子群も、この特徴を示すことが分かりました。
研究の意義
これまでDNAメチル化は、遺伝子のON/OFFを直接制御する仕組みとして研究されてきました。
本研究は、DNAメチル化そのものが短時間で変化するのではなく、あらかじめ形成されたDNAメチル化状態が、将来の環境応答能力を規定している、という新しい視点を提示しました。
この知見は、
・植物のストレス耐性育種
・気候変動への適応作物の開発
・エピジェネティクスを利用した作物改良
などへの応用が期待されます。
今後の展望
本研究は既存のRNA-seqデータと公開DNAメチル化データを統合した解析であり、今後は実験的にDNAメチル化状態を操作することで、環境応答との因果関係を検証していく予定です。
論文情報
タイトル：Gene-body methylation conservation is associated with volatile-induced transcriptional responsiveness in Arabidopsis thaliana
著者：Baibhav Raj Barbaruah, Yuga Harada, Hidetaka Ito
掲載誌：Plant Gene
URL：https://doi.org/10.1016/j.plgene.2026.100602
