熱耐性受容体類似キナーゼ遺伝子の導入による夏の休眠を断ち切る

Breaking the Summer Dormancy of by Introducing a Heat Tolerance Receptor-Like Kinase Gene.

• Seifu Juneidi
• Zengyan Gao
• Huanran Yin
• Nokwanda P Makunga
• Wei Chen
• Sheng Hu
• Xiaohua Li
• Xuebo Hu

抄録

は多年草で、中国の伝統的な薬用植物で、成長している場所によって休眠期の異なる表現パターンを経ています。中国中部と南部で栽培されている植物は、通常、夏の暑い日の前後に毎年2回の成長サイクルを示し、夏の休眠期を示しています。しかし、夏の月平均気温が29〜31℃の範囲にある中国北部では、これらの地域からの生殖植物は休眠期に入りません。中国北部のハーブ栽培者は、生育期間が長く、塊茎の収穫量が多いことから、中国中部の植物株を好んで栽培しています。ここでは、夏の休眠を妨げることを目的とした生育サイクルの変化を探るために、熱応答性()遺伝子を導入した。()遺伝子は、商業的な形質改良のためにも共形質転換された。耐熱性の評価のために、異なる農業、生化学的、生理学的形質を測定する前に、すべての植物を成長室で高温（３５℃／４０℃）で処理するか、または隔離された圃場で自然圃場温度で生育させた。トランスジェニックは、クロロ病や壊死を起こしたコントロールを宿した空ベクター（）とは異なり、健全な生長を維持し、有意に（<0.05）高い耐熱性を示した。モニタリングされた生理学的形質のいくつかでは、熱ストレスにさらされた過剰発現系統の方が優れた性能を示した。隔離された野外試験では，トランスジェニック遺伝子型は夏の休眠を示さなかったが，生存率は 84-95%であった。塊茎のバイオマスも，対照と比較してトランスジェニック株の方が有意に（<0.05）高かった。代謝物分析の結果、過剰発現株（または＋）は、アロマデンドレン-4,10-ジオール、4,8,13-シクロテトラデカトリエン-1,3-ジオール、1,5,9-トリメチル-12-(1-メチルエチル)を含む生理活性化合物の量が有意に多いことが明らかになった。本研究では、自然に進化した形質である夏の休眠を、単一の熱応答性遺伝子によって除去できることを明らかにしました。本研究は、商業的に価値のある化学物質を強化した耐熱性新品種の創出に貢献します。

is a perennial traditional Chinese medicinal plant that undergoes different phenological patterns of dormancy depending on where it is growing. Plants grown in central and southern China typically display two growth cycles every year before and after hot summer days, exhibiting a summer dormancy. However, germplasms from these areas do not go into a dormancy phase in northern China where the summer monthly average temperatures range from 29-31°C. The northern China herbal growers prefer plant stocks from central China due to their longer growing quality and better tuber harvests. Here, we introduced a heat responsive () gene into to explore changes in the growth cycle which were aimed at disrupting the summer dormancy. The () gene was also co-transformed with to improve the commercial trait. For the thermo-tolerance evaluation, all plants were treated with high temperatures (35°C/40°C) in a growth chamber or grown in natural field temperature in an isolated field before measurement of different agricultural, biochemical and physiological traits. The transgenics showed significantly ( < 0.05) higher heat tolerance, maintaining healthy vegetative growth unlike the empty vector () harboring controls that became chlorotic and necrotic. Better performance in some of the monitored physiological traits was evident for overexpression lines exposed to the heat stress. In open isolated field trials, the transgenic genotypes did not show a summer dormancy but had a survival rate of 84-95%. The tuber biomasses were also significantly ( < 0.05) higher for the transgenic lines as compared to the controls, except for line . Metabolites analysis indicated that the overexpressing lines ( or + ) exhibited significantly higher amounts of bioactive compounds including aromadendrene-4, 10-diol and 4, 8, 13-cyclotetradecatriene-1, 3-diol, 1, 5, 9-trimethyl-12-(1-methylethyl). Our findings show that the summer dormancy of which is a naturally evolved trait, can be removed by a single heat responsive gene. The study contributes to generating heat tolerant new varieties with enhanced commercially valuable chemicals.

Copyright © 2020 Juneidi, Gao, Yin, Makunga, Chen, Hu, Li and Hu.