メラトニンとカルシウムが塩分ストレス下のDracocephalum kotschyiにおけるロスマリン酸、ルテオリン、アピゲニンの産生を調節することを明らかにした

Melatonin and calcium modulate the production of rosmarinic acid, luteolin, and apigenin in Dracocephalum kotschyi under salinity stress.

• Farinaz Vafadar
• Rayhaneh Amooaghaie
• Parviz Ehsanzadeh
• Mustafa Ghanadian
• Majid Talebi
• Faezeh Ghanati

抄録

メラトニン(Mel)とカルシウム(Ca)は、特殊な代謝物の産生とストレスに対する防御反応の誘導に制御的な役割を果たしている。そこで、本研究では、塩分ストレス条件下でのDracocephalum kotschyi Boiss.のフェノール化合物産生量の増加に及ぼすMelとCaの影響と、それらの関係について検討した。その結果、75mMのNaClはシュートの乾燥バイオマスを減少させたが、HO含量、電解質リーク（EL）レベル、フェノールとフラボノイドの全含量（TPCとTFC）、DPPH消去能は上昇した。また，塩分ストレスは，フェニルアラニンアンモニアリアーゼ（PAL）とロスマリン酸合成酵素（RAS） の遺伝子発現を増加させ，PAL とチロシンアンモニアリアーゼ（TAL）の活性を増加させた。また，CaClとMelを用いた前処理は，これらの特性に用量依存的に影響を与えた。5mMのCaと100μMのMelでは，シュートの乾燥バイオマスは改善され，ELとHOの含有量は減少したが，TPCとTFC，DPPH消去能，PALとTAL活性，PALとRAS転写物，ロスマリン酸(RA)，ルテオリンフラボン(LF)，アピゲニンフラボン(AF)の含有量は塩ストレス下で改善された。D. kotschyi を塩ストレス下で塩化ランタン（LaCl）、Ca キレート剤としてエチレングリコール四酢酸（EGTA）、カルモデュリン（CaM）アンタゴニストとしてトリフルオペラジン（TFP）で前処理すると、上記の属性に対する Mel の効果が損なわれることが明らかになった。一方，塩分ストレス下の植物においては，メルの生合成阻害剤としてp-クロロフェニルアラニン（p-CPA）を用いた前処理を行っても，フェノール化合物の生産に対するCaの影響は損なわれなかった。これらの結果から、フェノール化合物の生産誘導に対するメルの効果は、細胞外Caの細胞内への流入を必要とし、Ca/CaMシグナルに依存していることが示唆された。

Melatonin (Mel) and calcium (Ca) have a regulatory role in the induction of specialized metabolites production and defensive responses against stresses. Therefore, in this study, the effects of Mel and Ca and the possible relationship between them in the increase of the production of phenolic compounds in Dracocephalum kotschyi Boiss. under both control and salinity stress conditions were investigated. The results showed that 75 mM NaCl reduced shoot dry biomass but elevated HO content, electrolyte leakage (EL) level, total phenolic and flavonoid contents (TPC and TFC), and DPPH scavenging capacity. Salinity stress also upregulated gene expression of phenylalanine ammonia-lyase (PAL) and rosmarinic acid synthase (RAS), as well as the activities of PAL and tyrosine ammonia-lyase (TAL) enzymes. Pre-treatment of the plants with CaCl and Mel affected these attributes in a dose-dependent manner. Application of 5 mM Ca and 100 μM Mel improved shoot dry biomass and reduced the level of EL and HO content but enhanced TPC and TFC, DPPH scavenging capacity, PAL and TAL activities, PAL and RAS transcripts, and content of rosmarinic acid (RA), luteolin flavone (LF) and apigenin flavone (AF) under salinity stress. Pre-treatment of D. kotschyi with lanthanum chloride (LaCl) as a plasma membrane channel blocker, ethylene glycol tetra-acetic acid (EGTA) as a Ca chelator and trifluoperazine (TFP) as a calmodulin (CaM) antagonist, impaired Mel effects on the above attributes under salinity stress. In contrast, pre-treatment with p-chlorophenylalanine (p-CPA), as an inhibitor of Mel biosynthesis, did not impair the impacts of Ca on the production of phenolic compounds in salt-exposed plants. These results suggested that the effect of Mel on the induction of phenolic compounds production requires the influx of extracellular Ca into the cells and is dependent on Ca/CaM signaling.

Copyright © 2020 Elsevier Ltd. All rights reserved.