干ばつ応答性ZmFDL1/MYB94は、キューティクル生合成とキューティクル依存性葉透過性を制御している

Drought-responsive ZmFDL1/MYB94 regulates cuticle biosynthesis and cuticle-dependent leaf permeability.

• Giulia Castorina
• Frédéric Domergue
• Matteo Chiara
• Massimo Zilio
• Martina Persico
• Valentina Ricciardi
• David Stephen Horner
• Gabriella Consonni

抄録

本研究では、植物の幼生期におけるキューティクルの沈着とキューティクル依存性の葉の透過性を、植物の幼生期におけるキューティクルの沈着とキューティクル依存性の葉の透過性の両方が制御されていることを明らかにした。本研究では、植物の幼生期におけるキューティクル沈着とキューティクル依存性の葉透過性が、トウモロコシの転写因子ZmFUSED LEAVES 1 (FDL1)/MYB94によって制御されていることを明らかにした。生化学的分析により、FDL1-1変異体苗の共子葉期におけるカチンとワックスの生合成と沈着が変化していることが明らかになった。カチン化合物の中では、ω-ヒドロキシ脂肪酸とポリヒドロキシ脂肪酸が特異的に影響を受け、エピキュキュキュラーワックスの減少は主に一級長鎖アルコールと、わずかに長鎖ワックスエステルに見られた。トランスクリプトーム解析により、脂質代謝に関与する候補遺伝子を同定し、トウモロコシのキューティクル生合成経路を構築することができた。その結果、ZmFDL1/MYB94の欠損は、経路の異なるモジュールに位置する遺伝子の発現に影響を与え、遺伝子の転写変化と生化学的欠陥との対応関係を明らかにした。このことは、ZmFDL1/MYB94 と関連遺伝子の転写レベルが協調的に変化していることを示唆している。以上の結果から、水ストレスに対する応答は、ワックス生合成の活性化と、ZmFDL1/MYB94とアブシジン酸の両方の制御経路が関与していることが示唆された。

In all land plants, the outer surface of aerial parts is covered by the cuticle, a complex lipid layer that constitutes a barrier against damages caused by environmental factors and provides protection against non-stomatal water loss. We show in this study that both cuticle deposition and cuticle-dependent leaf permeability during the juvenile phase of plant development are controlled by the maize (Zea mays) transcription factor ZmFUSED LEAVES 1 (FDL1)/MYB94. Biochemical analysis showed altered cutin and wax biosynthesis and deposition in fdl1-1 mutant seedlings at the coleoptile stage. Among cutin compounds, ω-hydroxy fatty acids and polyhydroxy-fatty acids were specifically affected, while the reduction of epicuticular waxes was mainly observed in primary long chain alcohols, and to a minor extent, long-chain wax esters. Transcriptome analysis allowed the identification of candidate genes involved in lipid metabolism and the assembly of a proposed pathway for cuticle biosynthesis in maize. Lack of ZmFDL1/MYB94 affects the expression of genes located in different modules of the pathway, and we highlighted the correspondence between gene transcriptional variations and biochemical defects. We observed decrease in cuticle-dependent leaf permeability in maize seedlings exposed to drought as well as to abscisic acid treatment, which implies coordinated changes in the transcript levels of ZmFDL1/MYB94 and associated genes. Overall, our results suggest that the response to water stress implies the activation of wax biosynthesis and the involvement of both ZmFDL1/MYB94 and abscisic acid regulatory pathways.

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