VviERF6Ls: ブドウ園における拡張されたクラッドは、生物学的・生物学的ストレスとベリーの発生に転写的に応答する

VviERF6Ls: an expanded clade in Vitis responds transcriptionally to abiotic and biotic stresses and berry development.

• Haley S Toups
• Noé Cochetel
• Dennis Gray
• Grant R Cramer

抄録

背景:

VviERF6Lsは、遠く離れたシロイヌナズナのオルソログのみを持つ、ヴィティスにおける未知の遺伝子群である。予備的なデータによると、これらの転写因子は果実の発育と極端な環境ストレス応答に関与している可能性が示唆されている。この高度に重複して保存されている遺伝子群の理解を深めるために、4つのVitis遺伝子型において、この遺伝子群の追加メンバーが同定された。公開されているマイクロアレイとRNA-Seqデータ（RT-qPCRで確認、拡大）を用いてメタデータ解析を行い、Vitis VviERF6L1過剰発現系統を樹立し、表現型とRNA-Seqを用いて特徴付けを行った。

BACKGROUND: VviERF6Ls are an uncharacterized gene clade in Vitis with only distant Arabidopsis orthologs. Preliminary data indicated these transcription factors may play a role in berry development and extreme abiotic stress responses. To better understand this highly duplicated, conserved clade, additional members of the clade were identified in four Vitis genotypes. A meta-data analysis was performed on publicly available microarray and RNA-Seq data (confirmed and expanded with RT-qPCR), and Vitis VviERF6L1 overexpression lines were established and characterized with phenotyping and RNA-Seq.

結果:

合計18個のPN40024 VviERF6Lが同定された；カベルネ・ソーヴィニヨン、シャルドネ、カルメネールにおいて追加のVviERF6Lが同定された。VviERF6Lのアミノ酸配列は高度に保存されていることがわかった。VviERF6Lの転写物は多数の植物器官で検出され、水不足、塩分濃度、寒さなどの生物学的ストレスや、レッドブロッチウイルス、N. parvum、E. necatorなどの生物学的ストレスに応答して異なる発現を示すことがわかった。VviERF6L は、ベリーの発生段階に応じて異なる発現を示し、プレベレゾン／ベレゾン段階でピークを迎え、異なるブドウ園、年、ブドウ品種で保存された発現パターンを維持していた。共発現ネットワーク解析により、VviERF6L群と非常に類似した発現プロファイルを持つスカスカに似た転写因子とカルモジュリンに似た遺伝子が同定された。セイバルブランを背景にVviERF6L1を過剰発現させても、検出可能な形態的表現型は得られなかった。VviERF6L1の過剰発現に応答して発現が異なる遺伝子は、生物学的および生物学的ストレス応答と関連していた。

RESULTS: A total of 18 PN40024 VviERF6Ls were identified; additional VviERF6Ls were identified in Cabernet Sauvignon, Chardonnay, and Carménère. The amino acid sequences of VviERF6Ls were found to be highly conserved. VviERF6L transcripts were detected in numerous plant organs and were differentially expressed in response to numerous abiotic stresses including water deficit, salinity, and cold as well as biotic stresses such as red blotch virus, N. parvum, and E. necator. VviERF6Ls were differentially expressed across stages of berry development, peaking in the pre-veraison/veraison stage and retaining conserved expression patterns across different vineyards, years, and Vitis cultivars. Co-expression network analysis identified a scarecrow-like transcription factor and a calmodulin-like gene with highly similar expression profiles to the VviERF6L clade. Overexpression of VviERF6L1 in a Seyval Blanc background did not result in detectable morphological phenotypes. Genes differentially expressed in response to VviERF6L1 overexpression were associated with abiotic and biotic stress responses.

結論:

VviERF6Lsは、グレープフルーツにおけるERF転写因子の大規模で明瞭なクラードを代表する。これらの18の転写因子間のタンパク質配列の高い保存性は、これらの遺伝子がブドウ畑での重複事象に由来することを示唆している可能性がある。高い配列類似性と類似の発現パターンにもかかわらず、VviERF6Lは、類似しているが不均一なプロモーター配列によって支持された独自の発現レベルを示している。VviERF6L遺伝子の発現は、ブドウ科植物の種、栽培品種、および根、葉、および果実を含む器官の間で異なっていた。これらの遺伝子は、果実の発育および生物学的および生物学的ストレスに応答する。VviERF6L1の過剰発現は、植物ホルモンや免疫系のシグナル伝達に関連する遺伝子の発現に差があることがわかった。この興味深い遺伝子ファミリーのさらなる研究が必要である。

CONCLUSIONS: VviERF6Ls represent a large and distinct clade of ERF transcription factors in grapevine. The high conservation of protein sequence between these 18 transcription factors may indicate these genes originate from a duplication event in Vitis. Despite high sequence similarity and similar expression patterns, VviERF6Ls demonstrate unique levels of expression supported by similar but heterogeneous promoter sequences. VviERF6L gene expression differed between Vitis species, cultivars and organs including roots, leaves and berries. These genes respond to berry development and abiotic and biotic stresses. VviERF6L1 overexpression in Vitis vinifera results in differential expression of genes related to phytohormone and immune system signaling. Further investigation of this interesting gene family is warranted.