DEAD-BOX RNA ヘリカーゼをコードするシロイヌナズナ SMN2/HEN2 は、抵抗性遺伝子 SMN1/RPS6 の適切な発現を支配し、mekk1 と mpk4 変異体の矮小化、自己免疫性表現型に関与している

Arabidopsis SMN2/HEN2, Encoding DEAD-box RNA Helicase, Governs Proper Expression of the Resistance Gene SMN1/RPS6 and Is Involved in Dwarf, Autoimmune Phenotypes of mekk1 and mpk4 Mutants.

• Momoko Takagi
• Naoki Iwamoto
• Yuta Kubo
• Takayuki Morimoto
• Hiroki Takagi
• Fuminori Takahashi
• Takumi Nishiuchi
• Keisuke Tanaka
• Teruaki Taji
• Hironori Kaminaka
• Kazuo Shinozaki
• Kazuya Akimitsu
• Ryohei Terauchi
• Ken Shirasu
• Kazuya Ichimura

抄録

シロイヌナズナでは、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ経路であるMEKK1-MKK1/MKK2-MPK4が基底抵抗性に重要な役割を果たしており、この経路が破壊されると矮性、自己免疫性の表現型が生じる。この経路の破綻によって活性化される複雑なメカニズムを明らかにするために、我々はこれまでに、MEKK1のN末端調節ドメインを過剰発現させたドワーフ自己免疫株をベースとした変異体スクリーニングシステムを開発してきた。ここでは、第二の突然変異体群であるSMN2が、DEAD-box RNAヘリカーゼをコードするSMN2遺伝子に欠損を有していたことを報告する。SMN2はHEN2と同一であり、その機能はRNAのターンオーバー、RNAの品質管理、およびRNA処理のための非リボソームRNA特異性を提供するため、核内RNAエキソソソームに不可欠である。SMN2とHEN2の変異体では、SMN1/RPS6の異常な転写産物が検出された。SMN1/RPS6が付与するPseudomonas syringae pv.トマトDC3000 (hopA1)に対する病害抵抗性は、smn2変異体では低下しており、SMN1/RPS6とSMN2/HEN2の機能的な関連が示唆された。我々は、smn2変異体がsmn1変異体と同様に、smn2変異体がmekk1変異体とmpk4変異体の矮小な自己免疫性表現型を抑制するかどうかを決定するために、二重変異体mekk1smn2とmpk4smn2を作製した。予想通り、smn2変異によりmekk1とmpk4の表現型は抑制された。これらの結果は、SMN2がSMN1/RPS6の適切な機能に関与していることを示唆している。また、RNA-seqデータを用いたGOエンリッチメント解析の結果、smn2では防御遺伝子がダウンレギュレーションされており、SMN2がゲノム全体の防御遺伝子発現に積極的に関与していることが示唆された。以上のことから、本研究は、核内 RNA エクソソームの必須構成要素である SMN2/HEN2 を介して植物の免疫についての新たな知見を提供するものである。

In Arabidopsis thaliana, a mitogen-activated protein kinase pathway, MEKK1-MKK1/MKK2-MPK4, is important for basal resistance, and disruption of this pathway results in dwarf, autoimmune phenotypes. To elucidate the complex mechanisms activated by the disruption of this pathway, we have previously developed a mutant screening system based on a dwarf autoimmune line that overexpressed the N-terminal regulatory domain of MEKK1. Here, we report that the second group of mutants, smn2, had defects in the SMN2 gene, encoding a DEAD-box RNA helicase. SMN2 is identical to HEN2, whose function is vital for the nuclear RNA exosome because it provides non-ribosomal RNA specificity for RNA turnover, RNA quality control, and RNA processing. Aberrant SMN1/RPS6 transcripts were detected in smn2 and hen2 mutants. Disease resistance against Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (hopA1), which is conferred by SMN1/RPS6, was decreased in smn2 mutants, suggesting a functional connection between SMN1/RPS6 and SMN2/HEN2. We produced double mutants mekk1smn2 and mpk4smn2 to determine whether the smn2 mutations suppress the dwarf, autoimmune phenotypes of the mekk1 and mpk4 mutants, as the smn1 mutations do. As expected, the mekk1 and mpk4 phenotypes were suppressed by the smn2 mutations. These results suggested that SMN2 is involved in proper function of SMN1/RPS6. The GO enrichment analysis using RNA-seq data showed that defense genes were downregulated in smn2, suggesting positive contribution of SMN2 to genome-wide expression of defense genes. In conclusion, this study provides novel insight into plant immunity via SMN2/HEN2, an essential component of the nuclear RNA exosome.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of Japanese Society of Plant Physiologists. All rights reserved. For permissions, please email: journals.permissions@oup.com.