ホルモン生合成経路と異化経路のバランスをとることで、熱ストレスによる生殖成長への悪影響を改善する戦略

Balancing of hormonal biosynthesis and catabolism pathways, a strategy to ameliorate the negative effects of heat stress on reproductive growth.

• Harleen Kaur
• Jocelyn A Ozga
• Dennis M Reinecke

抄録

エンドウ（Pisum sativum L.）では、開花初期や結実時の適度な熱ストレスにより、種子や卵巣の流産が増加し、同時に卵巣（果皮）の長さが減少し、成熟時の種子数が減少した果実が生産された。植物ホルモンネットワークは、種子と果皮の成長と発達を調整している。これらのホルモンネットワークが熱ストレスに応答して調節されているかどうかを調べるために、我々は遺伝子発現パターンを解析し、これらのパターンを前駆体、オーキシン、ジベレリン（GA）、アブシジン酸（ABA）、エチレン生合成/異化経路の生理活性および不活性代謝物と関連付けることを試みた。これらのデータから、発育途上の種子では、熱ストレスによって生理活性の高い GA レベルが低下し、GA の生育に関連するプロセスが抑制され、エチレンレベルの上昇がこの抑制反応を促進した可能性が示唆された。一方，熱ストレスはオーキシン生合成遺伝子の発現を増加させ，種子と果皮のオーキシンレベルを増加させ，種子のABAレベルを増加させたが，これらの効果はいずれも種子の陥没強度を増加させる可能性がある。我々は、オーキシンおよびABA誘導性の高い沈下強度と適切な生理活性GAレベルを有する種子は沈下して成長を続けるが、沈下強度が低い種子（オーキシン、ABAおよびGAレベルが低い）は、熱ストレス誘導性のエチレンに対してより敏感になり、卵子/種子の流産を引き起こすという仮説を立てた。この記事は著作権で保護されています。すべての権利を保有しています。

In pea (Pisum sativum L.), moderate heat stress during early flowering/fruit set increased seed/ovule abortion, and concomitantly produced fruits with reduced ovary (pericarp) length, and fewer seeds at maturity. Plant hormonal networks coordinate seed and pericarp growth and development. To determine if these hormonal networks are modulated in response to heat stress, we analyzed the gene expression patterns and associated these patterns with precursors, and bioactive and inactive metabolites of the auxin, gibberellin (GA), abscisic acid (ABA), and ethylene biosynthesis/catabolism pathways in young developing seeds and pericarps of non-stressed and 4-day heat-stressed fruits. Our data suggest that within the developing seeds heat stress decreased bioactive GA levels reducing GA growth-related processes, and that increased ethylene levels may have promoted this inhibitory response. In contrast, heat stress increased auxin biosynthesis gene expression and auxin levels in the seeds and pericarps, and seed ABA levels, both effects can increase seed sink strength. We hypothesize that seeds with higher auxin- and ABA-induced sink strength and adequate bioactive GA levels will set and continue to grow, while the seeds with lower sink strength (low auxin, ABA, and GA levels) will become more sensitive to heat stress-induced ethylene leading to ovule/seed abortion. This article is protected by copyright. All rights reserved.

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