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アロテトラプロイド綿花とその二倍体前駆体におけるヒストン脱アセチラーゼ（HDAC）遺伝子ファミリー。インシリコでの同定、分子解析、複数の生物学的ストレス、DNA損傷、植物ホルモン処理下での遺伝子発現解析
Histone Deacetylase (HDAC) Gene Family in Allotetraploid Cotton and Its Diploid Progenitors: In Silico Identification, Molecular Characterization, and Gene Expression Analysis under Multiple Abiotic Stresses, DNA Damage and Phytohormone Treatments.
PMID: 31947720 PMCID: PMC6981504. DOI: 10.3390/ijms21010321.
抄録
ヒストン脱アセチル化酵素（HDAC）は、植物の発生や様々な環境刺激への応答において、遺伝子の転写を制御することで重要な役割を果たしている。しかし、綿花においては未だに同定されていない。本研究では、アロテトラプラスミドでは29個のHDACが、綿花では15個のHDACが、綿花では13個のHDACが同定されていることを明らかにした。 HDACはその配列から3つのグループ（還元カリウム依存性3(RPD3)/HDA1、HD2-like、Sir2-like(SRT)）に分類され、各グループ内のHDACは類似の遺伝子構造、保存された触媒ドメイン、モチーフを共有していた。さらに解析した結果、HDACは強い精製選択下にあり、染色体上に偏在していることが明らかになった。遺伝子発現データから、HDAC は様々な植物組織や生殖組織、また綿繊維の発達段階に応じて異なる発現を示した。さらに、その一部は繊維関連形質の定量的形質遺伝子座（QTL）や一塩基多型（SNP）と共局在しており、繊維関連形質における機能を示唆していた。また、植物ホルモン（アブシジン酸、オーキシン）、DNA 損傷剤（メタンスルホン酸メチル）、生物学的ストレス（寒冷、塩分、重金属、干ばつ）に応答して、HDACs が異なる制御を受けていることを明らかにし、HDACs が発生や環境に応じて機能的に多様性を持っていることを示した。これらの結果は、綿花の成長、繊維の発達、ストレス適応に関する基本的な情報を提供し、その潜在的な機能を明らかにしたものである。
Histone deacetylases (HDACs) play a significant role in a plant's development and response to various environmental stimuli by regulating the gene transcription. However, remain unidentified in cotton. In this study, a total of 29 HDACs were identified in allotetraploid , while 15 and 13 HDACs were identified in and , respectively. HDACs were classified into three groups (reduced potassium dependency 3 (RPD3)/HDA1, HD2-like, and Sir2-like (SRT) based on their sequences, and HDACs within each subgroup shared a similar gene structure, conserved catalytic domains and motifs. Further analysis revealed that HDACs were under a strong purifying selection and were unevenly distributed on their chromosomes. Gene expression data revealed that were differentially expressed in various vegetative and reproductive tissues, as well as at different developmental stages of cotton fiber. Furthermore, some were co-localized with quantitative trait loci (QTLs) and single-nucleotide polymorphism (SNPs) of fiber-related traits, indicating their function in fiber-related traits. We also showed that were differentially regulated in response to plant hormones (abscisic acid (ABA) and auxin), DNA damage agent (methyl methanesulfonate (MMS)), and abiotic stresses (cold, salt, heavy metals and drought), indicating the functional diversity and specification of HDACs in response to developmental and environmental cues. In brief, our results provide fundamental information regarding and highlight their potential functions in cotton growth, fiber development and stress adaptations, which will be helpful for devising innovative strategies for the improvement of cotton fiber and stress tolerance.