オミクス統合分析：リピドームとトランスクリプトームの統合分析によってNewhallオレンジの光沢の有無の分子メカニズムを発見
皆さんは果物を購入する際に、光沢のある果物を好むことが多いでしょうか？しかし、市場に出回る光沢のある果物の中には、自然に光沢があるわけではないものもあります。ワックス加工と研磨は、新鮮な柑橘類を商品化するための重要なステップです。しかし、この過程で使用される合成ワックスは、その独特の化学的特性により、気孔を塞ぎ、果実の品質に影響を与える可能性があります。したがって、栽培された果物が望ましい色、高光沢、優れた内部品質、強い抗菌性能を持つことは非常に重要です。植物と環境との接触の最初の外部障壁として、柑橘類の果皮のワックス質は、水保持性、ガス交換、果実表面の光沢度に重要な役割を果たしていることが報告されています。外部保護の表皮と組み合わせて、膜脂質は植物細胞と細胞小器官を直接保護し、質体膜脂質は植物膜脂質システムの主要な構成要素です。
柑橘類の脂質関連分子研究は一般に角質層に焦点を当て、膜脂質の重要性を強調していません。以前報告された「Newhall」ネーブルオレンジの光沢変異体に基づき、研究者はこの光沢変異体（MT）と野生型「Newhall」ネーブルオレンジ（WT）の未成熟段階と成熟段階の脂質組成とトランスクリプトーム分析を行い、ワックスと質体脂質間の炭素交換を特定しました。また、3つの上方調整された脂肪酵素遺伝子の機能特定を通じて、MTにおけるJAレベルの上昇の潜在的原因を解明しようとしました。この研究は柑橘類果物の品質維持に関する理解を深め、柑橘類の脂質庫に自然に存在する変異の分子メカニズムに新たな洞察を提供します。
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ジャーナル: Horticulture Research
インパクトファクター: 5.404
発表年月: 2020年4月
記事リンク: https://www.nature.com/articles/s41438-020-0262-z
要約
表皮脂質と膜脂質は新鮮な果物の品質維持と抗病性に重要な役割を果たします。多くの報告では表皮ワックス変異体に代替分岐経路の変化が見られるが、脂質の具体的な変化はまだ明らかではありません。本研究では「Newhall」ネーブルオレンジ（WT）とその光沢変異体（MT）「Gannan No.1」の包括的な時間分解脂質組成とトランスクリプトーム分析を行いました。結果は、MTでは果実の成熟度が増すにつれてワックスの形成が著しく抑制され、36炭素質体脂質が大量に生成されることを示しました。トランスクリプトーム分析により、ワックスと膜脂質生合成経路に関与する一連の重要な機能酵素と転写因子をさらに特定しました。また、MTにおけるジャスモン酸（JA）の高蓄積は、質体脂質の恒常性を維持する必要があるためである可能性があります。2つの明らかに上方調整された脂肪酵素（CsDAD1とCsDALL2）の発現レベルは質体脂質と正の相関関係を示し、この2つの酵素は質体脂質を分解してJA含量を増加させることができます。この研究結果は植物脂質自然変異の分子メカニズムに新たな洞察を提供し、柑橘類果物の品質向上の基盤を築くでしょう。
主な結果
研究者は果実が膨張を始める段階（90DAA）、成熟し始める段階（150DDA）、完全に成熟する段階（210DDA）のサンプルを選択し、果実発育段階におけるワックス含量の変化を検証しました。研究により、発育全体を通じて、MTにおけるワックス中のすべての脂族化合物の含量はWTに比べて低く、果実の成熟度が増すにつれてその差はますます大きくなることがわかりました。150DAAと210DAA段階の果実果皮に対する脂質組成分析では、合計219種のグリセロ脂質が特定され定量され、階層的クラスター分析によりMTにおけるリン脂質代謝はWTにおける代謝パターンと異なることが示されました。すべての脂質カテゴリの相対含量によると、両段階においてMTにおける脂質蓄積はWTに比べて高く、特に210 DAAで顕著でした。MTとWTの分子生物学的調節の違いをさらに研究するために、研究者は150 DAAと210 DAAで収穫された果実の果皮に対してトランスクリプトーム分析を行いました。トランスクリプトームデータにより、WTとMTの差異発現遺伝子（DEG）の割合は果実成熟度が増すにつれて増加し、これらのDEGは24のKEGG経路で顕著に富集していることが示されました。JAの生合成は質体脂質と密接に関連しており、質体脂質の分解とJA形成に関与する主要な脂肪酵素を特定するため、研究者はblast検索を通じて推測される脂肪酵素を合計37種特定し、系統発生分析により3つのPLA1遺伝子がDAD1様遺伝子ファミリーにグループ化され、2つの遺伝子CsDAD1とCsDALL2は質体脂質と正の相関関係を示しました。タバコにおいてこれら3つの遺伝子を瞬時過剰発現させることで、CsDAD1とCsDALL2の過剰発現系においてJAレベルがそれぞれ19倍と8倍増加したことが示され、これらの遺伝子がJA形成に大きな影響を与えることが確認されました。
MTとWTにおける成熟度増加に伴う光沢表現型とワックスの合成
MTとWTのトランスクリプトーム分析
タバコにおけるDAD1様遺伝子の機能特性
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