Alleviates Phytotoxicity and Propamocarb Residues in Cucumberの過剰発現は、キュウリの植物毒性とプロパモカルブ残留物を緩和する

Overexpression of Alleviates Phytotoxicity and Propamocarb Residues in Cucumber.

• Shengnan Li
• Ming Xin
• Jie Luan
• Dong Liu
• Chunhua Wang
• Chunhong Liu
• Wenshuo Zhang
• Xiuyan Zhou
• Zhiwei Qin

抄録

キュウリ（L. ）は、キュウリ科の最も経済的に重要な果実の一つであり、キュウリの育種・生産計画において、果実中の残留農薬を考慮することは重要である。プロパモカルブ（べと病予防のために一般的に使用されている農薬）はキュウリの栽培に広く使用されているが、キュウリにおけるプロパモカルブの分解・代謝の分子機構はよくわかっていない。我々は、プロパモカルブ曝露に対する応答の候補遺伝子（）をトランスクリプトームデータを用いてスクリーニングした。その結果、プロパモカルブの蓄積量が少ない「D0351」遺伝子型と、プロパモカルブの蓄積量が多い「D9320」遺伝子型では、発現量に有意な差が認められ、プロパモカルブの蓄積量との間には正の相関が認められた。 D0351」遺伝子型では、プロパモカルブストレスに3～120時間曝露した後、キュウリの果皮で発現が増加したが、「D9320」遺伝子型ではプロパモカルブ処理と対照との間で発現に差は認められなかった。D0351"遺伝子型では、雌花よりも果皮や葉で発現が高く、茎や果肉では中程度、雄花や根では発現が弱かった。CsHMGBタンパク質はプロトプラストでは核を標的とし、葉の表皮では表皮を標的としていた。キュウリ植物のMDA、O、HOレベルを測定したところ、プロパモカルブストレスに応答して活性酸素種（ROS）を蓄積しやすいことがわかった。抗酸化酵素活性（SOD、POD、CAT、APX、GPX、GST、GR）とアスコルビン酸-グルタチオン（AsA-GSH）系の分析から、CsHMGBサイレンシングされた植物では、プロパモカルブストレスに応答して抵抗性が低下し、プロパモカルブ残基のレベルが上昇することが明らかになった。逆に、AsA-GSH系によるグルタチオン依存性解毒を促進し、抗酸化力を向上させる過剰発現は、活性酸素の蓄積を減少させた。最終的に、キュウリにおけるプロパモカルブの代謝は、ワックスレベルと気孔コンダクタンスの増加を介して増加した。

Cucumber ( L.) is one of the most economically important fruits of the Cucurbitaceae family, therefore consideration of potential pesticide residues in the fruit in the context of cucumber breeding and production programs is important. Propamocarb (a pesticide commonly used to prevent downy mildew) is widely used in cucumber cultivation, but the molecular mechanism underlying the degradation and metabolism of propamocarb in cucumber is not well understood. We screened a candidate gene () for response to propamocarb exposure using transcriptome data. The coding region of was 624 bp in length and encoded the conserved HMB-box region. expression differed significantly between the "D0351" genotype, which accumulated low levels of propamocarb, and the "D9320" genotype, which accumulated high levels of propamocarb. expression was positively correlated with propamocarb levels in the cucumber peel. expression was upregulated in the fruit peels of the "D0351" genotype following exposure to propamocarb stress for 3-120 h, but no difference was observed in expression between propamocarb treatment and control for the "D9320" genotype. For the "D0351" genotype, expression was higher in the fruit peels and leaves than that in female flowers; expression was moderate in the stems and fruit pulps, and weak in male flowers and roots. The CsHMGB protein was targeted to the nucleus in protoplasts and in the epidermis of leaves. We measured MDA, O, and HO levels in cucumber plants and found that they were likely to accumulate reactive oxygen species (ROS) in response to propamocarb stress. Analysis of antioxidant enzyme activity (SOD, POD, CAT, APX, GPX, GST, and GR) and the ascorbate-glutathione (AsA-GSH) system showed that the resistance of the plants was reduced and the levels of propamocarb residue was increased in CsHMGB-silenced plants in response to propamocarb stress. Conversely, overexpression of promoted glutathione-dependent detoxification by AsA-GSH system and improved the antioxidant potential, reduced the accumulation of ROS. Ultimately, the metabolism of propamocarb in cucumber was increased via increase in the wax levels and the stomatal conductance.

Copyright © 2020 Li, Xin, Luan, Liu, Wang, Liu, Zhang, Zhou and Qin.