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比較トランスクリプトームおよびメタボロームプロファイリングにより、タバコの葉の発生ダイナミクスの根底にある複雑なメカニズムが明らかになった
Comparative transcriptome and metabolomic profiling reveal the complex mechanisms underlying the developmental dynamics of tobacco leaves.
PMID: 32650092 DOI: 10.1016/j.ygeno.2020.07.005.
抄録
葉はほとんどの植物において最も重要な光合成器官であるにもかかわらず、葉の発生ダイナミクスの根底にある分子機構の多くは未だに解明されていない。葉の発生に関与する転写制御機構をよりよく理解するために、タバコ（Nicotiana tabacum）植物の7つの位置の葉を対象に、トランスクリプトームおよびメタボローム解析を行った。その結果、35,622 個のユニークな異なる発現を示す遺伝子と 79 種類の代謝物が同定された。時系列発現解析では、葉の発育中に継続的に発現量が増加する 10,197 個の遺伝子と、継続的に発現量が減少する 4696 個の遺伝子からなる 2 つの興味深い転写プロファイルが検出されました。これらのデータと共発現ネットワークの結果を組み合わせることで、光蒸散とトリカルボン酸サイクルに関与する4つの重要な制御ネットワークが同定された。また、転写因子NtGATA5は、植物ホルモンの制御を介して葉の発育に関わるハブとして機能していることを明らかにした。さらに、タバコ葉の発生過程において、オーキシン、サイトカイニン、ジャスモン酸の生合成やシグナル伝達に関わる遺伝子の転写動態を調べました。これらの研究により、植物の葉の発生動態を制御する制御ネットワークの理解が大きく進展しました。
Although the leaf is the most important photosynthetic organ in most plants, many of the molecular mechanisms underlying leaf developmental dynamics remain to be explored. To better understand the transcriptional regulatory mechanisms involved in leaf development, we conducted comparative transcriptomic and metabolomic analysis of leaves from seven positions on tobacco (Nicotiana tabacum) plants. A total of 35,622 unique differentially expressed genes and 79 metabolites were identified. A time-series expression analysis detected two interesting transcriptional profiles, one comprising 10,197 genes that displayed continual up-regulation during leaf development and another comprising 4696 genes that displayed continual down-regulation. Combining these data with co-expression network results identified four important regulatory networks involved in photorespiration and the tricarboxylic acid cycle; these networks may regulate carbon/nitrogen balance during leaf development. We also found that the transcription factor NtGATA5 acts as a hub associated with C and N metabolism and chloroplast development during leaf development through regulation of phytohormones. Furthermore, we investigated the transcriptional dynamics of genes involved in the auxin, cytokinin, and jasmonic acid biosynthesis and signaling pathways during tobacco leaf development. Overall, our study greatly expands the understanding of the regulatory network controlling developmental dynamics in plant leaves.
Copyright © 2019. Published by Elsevier Inc.