小麦（Triticum aestivum L.）のアブシジン酸・ストレス・成熟誘導遺伝子（ASR）ファミリーのゲノムワイドな特徴付け

Genome-wide characterization of the abscisic acid-, stress- and ripening-induced (ASR) gene family in wheat (Triticum aestivum L.).

• Huawei Li
• Haiying Guan
• Qicui Zhuo
• Zongshuai Wang
• Shengdong Li
• Jisheng Si
• Bin Zhang
• Bo Feng
• Ling-An Kong
• Fahong Wang
• Zheng Wang
• Lishun Zhang

抄録

背景:

アブシジン酸-ストレス-成熟誘導遺伝子（ASR）は植物特異的転写因子（TF）の一種であり、植物の発育、成長、生物学的ストレス応答に重要な役割を果たしている。コムギのASRはまだゲノムワイドには記述されていない。

BACKGROUND: Abscisic acid-, stress-, and ripening-induced (ASR) genes are a class of plant specific transcription factors (TFs), which play important roles in plant development, growth and abiotic stress responses. The wheat ASRs have not been described in genome-wide yet.

方法:

TMHMMサーバ、Plant-mPLocサーバ、CELLO v2.5を用いて、それぞれ膜貫通領域と細胞内局在を予測した。その後、MEGA7を用いて系統樹を構築した。エクソン-イントロン構造、保存されているモチーフ、TFs結合部位については、それぞれGSDS、MEMEプログラム、PlantRegMapを用いて解析した。

METHODS: We predicted the transmembrane regions and subcellular localization using the TMHMM server, and Plant-mPLoc server and CELLO v2.5, respectively. Then the phylogeny tree was built by MEGA7. The exon-intron structures, conserved motifs and TFs binding sites were analyzed by GSDS, MEME program and PlantRegMap, respectively.

結果:

小麦では、ゲノムワイドな調査により33のASR遺伝子が同定され、6つのグループに分類された。系統解析の結果、同一グループに属するTaASRタンパク質は、他種のタンパク質と比較して緊密にクラスタリングされていることが明らかになった。重複解析の結果、TaASR遺伝子ファミリーは主にタンデム重複とセグメント重複を経て拡大していることが明らかになった。小麦のTaASRの類似した遺伝子構造と保存されたタンパク質モチーフが同一グループ内で同定された。ASR遺伝子はプロモーター領域にストレス応答に関連した様々なTF結合部位を含んでいた。遺伝子発現は、穀物、葉、根、トゲ、茎を含む5つの組織において、予想されるグループ特異的な発現パターンと概ね関連しており、小麦の進化の間にASR遺伝子の機能が広く保存されていることを示していた。qRT-PCR 解析の結果、いくつかのASRはNaClおよびPEGストレスに応答して発現が上昇していることが明らかになった。

RESULTS: In wheat, 33ASR genes were identified through a genome-wide survey and classified into six groups. Phylogenetic analyses revealed that the TaASR proteins in the same group tightly clustered together, compared with those from other species. Duplication analysis indicated that the TaASR gene family has expanded mainly through tandem and segmental duplication events. Similar gene structures and conserved protein motifs of TaASRs in wheat were identified in the same groups. ASR genes contained various TF binding cites associated with the stress responses in the promoter region. Gene expression was generally associated with the expected group-specific expression pattern in five tissues, including grain, leaf, root, spike and stem, indicating the broad conservation of ASR genes function during wheat evolution. The qRT-PCR analysis revealed that several ASRs were up-regulated in response to NaCl and PEG stress.

結論:

小麦のASR遺伝子を同定し、遺伝子重複事象が小麦のASR遺伝子進化の主な原動力であることを明らかにした。また、コムギASR遺伝子の発現は、干ばつ/浸透圧ストレスや塩ストレスなどの複数の生物学的ストレスに応答して調節されていた。これらの結果は、コムギASR遺伝子の機能をさらに明らかにするための重要な情報を提供し、高生物学的ストレス耐性を持つコムギの育種のための候補遺伝子を提供した。

CONCLUSION: We identified ASR genes in wheat and found that gene duplication events are the main driving force for ASR gene evolution in wheat. The expression of wheat ASR genes was modulated in responses to multiple abiotic stresses, including drought/osmotic and salt stress. The results provided important information for further identifications of the functions of wheat ASR genes and candidate genes for high abiotic stress tolerant wheat breeding.