北米のアメリカシアノスの花にはなぜ明るいオレンジ色の帯があるのか？トランスクリプトーム学とメタボローム学の統合分析があなたに明らかにします
画像の中のこの美しい花は、北米ユリノキの花です。画像に見られるように、花弁の根元付近に鮮やかなオレンジ色の帯がありますが、なぜ北米ユリノキの花にはこのような鮮やかなオレンジ色の帯があるのでしょうか？トランスクリプトームとメタボロームの統合解析がその謎を解き明かします！
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美しい花は観賞用だけでなく、花弁の色は受粉者を引き寄せ、繁殖の成功を確保するための主要な花の特徴でもあります。花色の多様性は主に三大色素：フラボノイド、カロテノイド、ベタレインによって構成され、これらの色素合成に関与する遺伝子の精密な時空間的調節によって特定の着色パターンが生み出されます。
北米ユリノキ（Liriodendron tulipifera）の花弁の根元付近には鮮やかなオレンジ色の帯がありますが、その花弁の帯の着色の発育、調整、そして生化学的な基盤はまだ明らかではありません。この記事では、ユリノキ種のトランスクリプトームとメタボロームを組み合わせて、花弁のオレンジ色の帯の形成に寄与する主要な色素を特定し、可能な転写調節メカニズムを定義しました。
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雑誌：Horticulture Research
インパクトファクター：5.404
発表日：2020年5月
記事リンク：https://www.nature.com/articles/s41438-020-0287-3#Sec1
要約
北米ユリノキ（Liriodendron tulipifera）は人気のある観賞用園芸植物で、その特有のチューリップ形の花の基部付近にはオレンジ色の帯があります。北米ユリノキの花は発育過程において、花弁帯に特異的な色素沈着のメカニズムが不明でした。研究者は多オミクス統合解析を通じて、非標的および標的メタボロームとトランスクリプトームを組み合わせて、花弁帯で特異的に活性化されるカロテノイド生合成のカスケード経路を特定しました。北米ユリノキとユリノキの交配種のカロテノイド代謝産物を比較分析した結果、γ-カロテンという植物では珍しいカロテノイドが、花弁帯の着色を引き起こす最も可能性の高いオレンジ色素であることが示唆されました。発育中の花弁の表現型とトランスクリプトーム解析は、帯域がまず緑色の消失によって予め決定され、その後、カロテノイドとクロロフィルの生合成遺伝子を局所的に活性化および抑制することにより、この帯を維持することが示されました。カロテノイド生合成の二つの律速遺伝子であるカロテノイドイソメラーゼ（CRTISO）とε-リコペンシクラーゼ（ε-LCY）は、花弁の特定の帯のオレンジ色素沈着を担うコア酵素をコードしています。中国ユリノキと比較して、北米ユリノキには追加のε-LCYコピーが存在し、このコピーが独特の花弁着色パターンの形成に寄与している可能性があると著者は推測しています。総じて、この研究はユリノキの花の着色におけるメタボロームとトランスクリプトームのダイナミクスを初めて提供し、花の育種や代謝工学、初期の木本被子植物の花の進化を理解するための貴重なリソースを提供します。
主な結果
研究者は北米ユリノキの花の四つの異なる段階の花弁を収集し、トランスクリプトームとメタボローム解析を行いました。非標的メタボロームの時間的プロセスデータセットでは、少なくとも二つの段階間で有意差を示す4799種の代謝物が得られました（p <0.05）。クラスタリング分析とKEGG濃縮分析によれば、カロテノイドは北米ユリノキの花弁着色において重要な役割を果たしている可能性があります。トランスクリプトームシーケンシングでは224,245個のunigeneが得られ、そのうち63.22％（141,781）の遺伝子が機能注釈されました。全サンプル中でunigene発現に有意な変化を示す遺伝子についてクラスタリング分析を行った結果、ユリノキの花の発育過程における段階/組織特異的なトランスクリプトーム特性が明らかになりました。トランスクリプトームデータ解析は、北米ユリノキの花弁において、遺伝子発現の局所的な転写調節がカロテノイドの生合成と蓄積を引き起こし、花の発育過程で花弁帯の着色をもたらす可能性を示しました。標的メタボロームはさらに、北米ユリノキの花弁帯の着色におけるカロテノイドの役割を確認しました：特定の部位でのγ-カロテンの局所的な蓄積が、北米ユリノキの花の開花過程での花弁帯の着色を引き起こす重要なプロセスである可能性があります。カロテノイドの重要な酵素の動態解析では、検出されたε-LCY遺伝子が花弁の下側で萼片および花弁の上側に比べて上方調節されていることが示されました。
北米ユリノキ花弁発育のトランスクリプトーム解析
北米ユリノキ花弁発育における着色に関与する遺伝子
ユリノキ交配種の花弁中の四つのカロテノイドの含有量
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