Sm遺伝子のゲノムワイドな同定と発現解析により、Dimocarpus longan Lourの初期体性胚発生に関与していることが明らかになった

Genome-wide identification and expression analyses of Sm genes reveal their involvement in early somatic embryogenesis in Dimocarpus longan Lour.

• Xue Li
• Yan Chen
• Shuting Zhang
• Liyao Su
• Xiaoping Xu
• Xiaohui Chen
• Zhongxiong Lai
• Yuling Lin

抄録

Smタンパク質は、Smをモチーフとした保存されたタンパク質ファミリーである。このファミリーにはSmとSm様タンパク質が含まれ、プレmRNAスプライシングに重要な役割を果たしている。Smタンパク質の研究は、ほとんどが草本植物で行われており、Dimocarpus longan (longan)などの木質植物ではあまり行われていない。また、胚の発生状況がリュウガンの品質や収量に大きく影響することが知られている。本研究では、体性胚発生（SE）時の役割を明らかにするために、竜眼のSm遺伝子（DlSm）のゲノムワイド解析を行い、29個のSm遺伝子を同定した。系統解析の結果、竜眼Smタンパク質はシロイヌナズナの相同Smタンパク質と17の系統群に分類されていることがわかった。また、longan Smタンパク質の遺伝子構造、モチーフ組成、保存ドメインを解析した。その結果、DlSm遺伝子のプロモーター配列には、光、内胚葉発生、ホルモン、温度応答要素が多く含まれており、その機能が示唆された。また、非胚性カルス（NEC）やロンガンのSE初期において、DlSm遺伝子のオルタナティブスプライシング（AS）イベントは、遺伝子構造や配列を変化させることでSEの発生に影響を与えている可能性を示唆している。また、キネチン(KT)ホルモンや青色光・白色光処理は、DlSm遺伝子のASイベントに影響を与え、ロンガン胚性カルス(EC)の分化・成長に影響を与えていると考えられた。発現プロファイルは、Sm遺伝子の機能的な分岐の可能性を示しており、ホルモンや光の質の違いが発現レベルに影響を与えていることがわかった。また、ロンガンのSE初期におけるDlSm遺伝子の発現傾向を、エキソンモデルの1キロベースあたりの断片数（FPKM）とリアルタイム定量PCR（qRT-PCR）により解析したところ、DlSm遺伝子の発現は、ロンガンのSEの成長と分化に影響を受け、体性胚の分化が進むにつれて減少することが明らかになった。これらの結果は、ロンガンのSm遺伝子ファミリーの理解に貢献するとともに、今後の機能検証研究の基礎となるものである。

The Sm proteins are a conserved protein family with Sm motifs. The family includes Sm and Sm-like proteins, which play important roles in pre-mRNA splicing. Most research on the Sm proteins have been conducted in herbaceous plants, and less in woody plants such as Dimocarpus longan (longan). And the embryo development status significantly affects the quality and yield of longan. In this study, we conducted a genome-wide analysis of longan Sm genes (DlSm) to clarify their roles during somatic embryogenesis (SE) and identified 29 Sm genes. Phylogenetic analysis deduced longan Sm proteins clustered into 17 phylogenetic groups with the homologous Sm proteins of Arabidopsis thaliana. We also analyzed the gene structures, motif compositions, and conserved domains of the longan Sm proteins. The promoter sequences of the DlSm genes contained many light, endosperm development, hormone, and temperature response elements, which suggested their possible functions. In the non-embryogenic callus(NEC) and during early SE in longan, the alternative splicing(AS) events of DlSm genes indicated that these genes may influence SE development by changing gene structures and sequences. The kinetin(KT) hormone, and blue and white light treatments affected the differentiation and growth of longan embryonic callus(EC) probably by affecting the AS events of DlSm genes. Expression profiles showed the possible functional divergence among Sm genes, and different hormones and light qualities affected their expression levels. The expression trends of the DlSm genes determined by RNA sequencing as fragments per kilobase of exon model per million mapped reads (FPKM) and by real-time quantitative PCR(qRT-PCR) during early SE in longan showed that the expression of the DlSm genes was affected by the growth and differentiation of longan SE, and decreased as the somatic embryo differentiation progressed. The results will contributed to understanding the longan Sm gene family and provide a basis for future functional validation studies.