褐色さび病および接種手順によるライ麦（Secale cereale L.）におけるベンゾオキサジノイド含量の変化および関連遺伝子の発現

Changes in benzoxazinoid contents and the expression of the associated genes in rye (Secale cereale L.) due to brown rust and the inoculation procedure.

• Magdalena Święcicka
• Marta Dmochowska-Boguta
• Wacław Orczyk
• Agnieszka Grądzielewska
• Anna Stochmal
• Mariusz Kowalczyk
• Leszek Bolibok
• Monika Rakoczy-Trojanowska

抄録

ベンゾオキサジノイド（BX）は、多様な機能を持つ二次代謝物であるが、主にイネ科を中心とした植物を昆虫や真菌類の病原体から保護することに関与している。ライ麦は、生物学的ストレスに強い穀物作物である。しかし、Puccinia recondita f. sp. secalis (Prs)による褐色さび病への感受性は、商業生産に影響を与える大きな問題となっている。また、この病害に関連する遺伝的・代謝的要因については、まだ十分に解明されていないのが現状である。本研究では，褐色さび病の感染や接種方法が，特定のBX（HBOA，GDIBOA，DIBOA，GDIMBOA，DIMBOA，MBOA）の含有量や，BXに関連する遺伝子（ScBx1-5，ScIgl，Scglu）の発現に影響を及ぼすかどうか，また，どの程度影響を及ぼすかを調べた。その結果、水やウレダイノスポア懸濁液で処理すると、通常は遺伝子発現レベルが低下することが明らかになった。また、HBOAとDIBOAの含有量は減少したが、残りの代謝物の含有量は増加した。具体的には、MBOA含量はPrs処理後よりも模擬処理後の方が増加したのに対し、GDIBOAおよびGDIMBOA含量の増加は通常Prs感染によるものであり、特に最も重要なタイムポイントである処理後17時間および24時間の2つのタイムポイントで増加した。したがって、ＧＤＩＢＯＡおよびＧＤＩＭＢＯＡは、褐色さび病に対するライ麦の防御応答の重要な構成要素であるグルコシドである。さらに、MBOAとともに、それらは、本研究で使用された接種手順に関連するストレスからライ麦を保護する。

Benzoxazinoids (BXs) are secondary metabolites with diverse functions, but are primarily involved in protecting plants, mainly from the family Poaceae, against insects and fungal pathogens. Rye is a cereal crop that is highly resistant to biotic stresses. However, its susceptibility to brown rust caused by Puccinia recondita f. sp. secalis (Prs) is still a major problem affecting its commercial production. Additionally, the genetic and metabolic factors related to this disease remain poorly characterized. In this study, we investigated whether and to what extent the brown rust infection and the inoculation procedure affect the contents of specific BXs (HBOA, GDIBOA, DIBOA, GDIMBOA, DIMBOA, and MBOA) and the expression of genes related to BX (ScBx1-5, ScIgl, and Scglu). We revealed that treatments with water and a urediniospore suspension usually downregulate gene expression levels. Moreover, HBOA and DIBOA contents decreased, whereas the contents of the remaining metabolites increased. Specifically, the MBOA content increased more after the mock treatment than after the Prs treatment, whereas the increase in GDIBOA and GDIMBOA levels was usually due to the Prs infection, especially at two of the most critical time-points, 17 and 24 h post-treatment. Therefore, GDIBOA and GDIMBOA are glucosides that are important components of rye defence responses to brown rust. Furthermore, along with MBOA, they protect rye against the stress associated with the inoculation procedure used in this study.