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甜菜の生物学的・生物学的ストレスへの応答のメカニズム
Mechanisms of Sugar Beet Response to Biotic and Abiotic Stresses.
PMID: 32383121 DOI: 10.1007/978-3-030-41283-8_10.
抄録
甜菜は砂糖の生産だけでなく、再生可能エネルギー源としてのバイオエタノールの生産、ペクチンの抽出、糖蜜の生産など幅広い産業に利用されている。レッドビーツは、健康増進や病気予防の機能性食品として注目されています。環境ストレスによる悪影響は、生物学的ストレスや生物学的ストレスを含め、換金作物であるテンサイの生産性を著しく低下させる。本論文では、生物学的・生物学的ストレスに対するテンサイの応答のメカニズムを、生理的変化、遺伝子の機能、転写・翻訳のレベルで概説した。生理的変化に関しては、これまで塩ストレスや干ばつストレスに関する研究が多く行われてきた。塩ストレス、寒冷ストレス、重金属ストレスに対するテンサイ由来の遺伝子の機能は、主にトランスジェニック技術を用いて研究されてきました。転写レベルでは、塩ストレス、寒冷ストレス、生物ストレスに応答するテンサイのトランスクリプトーム解析をRNA-Seq法やSSH法で行った。トランスレーショナルレベルでは、塩、K/Na比、鉄欠乏と再供給、重金属（亜鉛）ストレスに応答して800以上の異なる発現タンパク質が定量的プロテオミクス技術によって同定された。テンサイがどのように生物学的および環境ストレスに反応し、耐性を持つかを理解することは、このような困難な条件の下でテンサイの生産性を向上させるために重要である。これらのストレスの悪影響を最小限に抑えるためには、テンサイがどのようにストレスに対処するメカニズムを進化させてきたかを研究することで、新たな知見が得られ、ストレスに強いテンサイや他の作物の育種を改善するための新たな戦略につながると考えられます。
Sugar beet is used not only in the sugar production, but also in a wide range of industries including the production of bioethanol as a source of renewable energy, extraction of pectin and production of molasses. The red beetroot has attracted much attention as health-promoting and disease-preventing functional food. The negative effects of environmental stresses, including abiotic and biotic ones, significantly decrease the cash crop sugar beet productivity. In this paper, we outline the mechanisms of sugar beet response to biotic and abiotic stresses at the levels of physiological change, the genes' functions, transcription and translation. Regarding the physiological changes, most research has been carried out on salt and drought stress. The functions of genes from sugar beet in response to salt, cold and heavy metal stresses were mainly investigated by transgenic technologies. At the transcriptional level, the transcriptome analysis of sugar beet in response to salt, cold and biotic stresses were conducted by RNA-Seq or SSH methods. At the translational level, more than 800 differentially expressed proteins in response to salt, K/Na ratio, iron deficiency and resupply and heavy metal (zinc) stress were identified by quantitative proteomics techniques. Understanding how sugar beet respond and tolerate biotic and abiotic stresses is important for boosting sugar beet productivity under these challenging conditions. In order to minimize the negative impact of these stresses, studying how the sugar beet has evolved stress coping mechanisms will provide new insights and lead to novel strategies for improving the breeding of stress-resistant sugar beet and other crops.