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ニンジン（Daucus carota）におけるブルームレイプの寄生。寄生雑草Phelipanche aegyptiacaとその宿主におけるカロテノイド遺伝子発現とカロテノイド蓄積量の変化
Broomrape infestation in carrot (Daucus carota): Changes in carotenoid gene expression and carotenoid accumulation in the parasitic weed Phelipanche aegyptiaca and its host.
PMID: 31942014 PMCID: PMC6962276. DOI: 10.1038/s41598-019-57298-7.
抄録
カロテノイド生合成の研究が盛んに行われており、カロテノイド蓄積には転写制御が重要な因子であると考えられている。しかし、義務寄生虫Phelipanche aegyptiacaの感染時のカロテノイド蓄積に関するカロテノイド生合成遺伝子の転写制御についてはほとんど知られていない。HPLC分析の結果、P. aegyptiacaに寄生されたニンジン品種のカロテノイド量は減少した。また、ニンジンの根に寄生したP. aegyptiacaの塊茎を分離・分析したところ、ニンジンの根に寄生したP. aegyptiacaは、非寄生のニンジンの根に寄生したP. aegyptiacaとは異なるカロテノイドを蓄積していることが明らかになった。PHYTOENE SYNTHASE（PSY1）、CAROTENOID ISOMERASE（CRTISO）、ストリゴラクトンアポカロテノイド生合成遺伝子DWARF27（D27）、CAROTENOID CLEAVAGE DIOXYGENASE 7（CCD7）、CCD8の発現解析を行ったところ、P. aegyptiacaに寄生したニンジンの根では、これらの遺伝子の転写レベルに有意な変動が見られた。また、寄生虫に感染した後、これらの遺伝子の発現は、カロテノイドレベルと同様に強く低下しており、これは、珍しい非橙色の品種でより顕著であった。また、D27、CCD7およびCCD8をコードする寄生遺伝子を解析し、それらが塊茎で発現していることを示した。このことは、寄生虫がそのカロテノイドとストリゴラクトンを含むアポカロテノイドを産生しているかどうか、また後者が結核の発生に関与している可能性があるかどうかという重要な疑問を提起している。
Carotenogenesis has been intensively studied in carrot roots, and transcriptional regulation is thought to be the major factor in carotenoid accumulation in these organs. However, little is known about the transcriptional regulation of carotenoid biosynthetic genes concerning carotenoid accumulation during infestation by the obligate parasite Phelipanche aegyptiaca. HPLC analysis revealed a decrease in carotenoid levels of the different carrot cultivars when parasitized by P. aegyptiaca. Besides, we isolated and analyzed P. aegyptiaca tubercles parasitizing the various carrot root cultivars and show that they accumulate different carotenoids compared to those in non-infested carrot roots. Expression analysis of PHYTOENE SYNTHASE (PSY1) and CAROTENOID ISOMERASE (CRTISO) as well as the strigolactone apocarotenoid biosynthetic genes DWARF27 (D27), CAROTENOID CLEAVAGE DIOXYGENASE 7 (CCD7) and CCD8 revealed that their transcript levels showed significant variation in P. aegyptiaca infested carrot roots. After parasite infestation, the expression of these genes was strongly reduced, as were the carotenoid levels and this was more pronounced in the uncommon non-orange varieties. We also analyzed the parasite genes encoding D27, CCD7 and CCD8 and show that they are expressed in tubercles. This raises important questions of whether the parasite produces its carotenoids and apocarotenoids including strigolactones and whether the latter might have a role in tubercle development.