包括的なトランスクリプトームおよびプロテオーム解析により、発芽期のトウモロコシ種子組織における新規な塩化ナトリウム応答性遺伝子ネットワークが明らかになった

Comprehensive transcriptome and proteome analyses reveal a novel sodium chloride responsive gene network in maize seed tissues during germination.

• Mo-Xian Chen
• Chong-Chong Lu
• Peng-Cheng Sun
• Yong-Xin Nie
• Yuan Tian
• Qi-Juan Hu
• Das Debatosh
• Xuan-Xuan Hou
• Bei Gao
• Xi Chen
• Shou-Xu Liu
• Cheng-Chao Zheng
• Xiang-Yu Zhao
• Lei Dai
• Jianhua Zhang
• Ying-Gao Liu

抄録

発芽は、成熟した種子の放射性物質が周囲のバリアを貫通して発芽を開始する植物の発達過程であり、複数の環境要因が影響を及ぼすことが示されている。高塩分濃度がC4植物Zea maysの種子の発芽にどのように影響するかはほとんど知られていない。予備的な発芽アッセイでは、単離された胚のみが 200mM NaCl 処理下で発芽することが示唆されたが、無傷の種子では発芽が非常に抑制されていることが示された。このことから、トウモロコシの内胚乳は、シロイヌナズナとは全く異なる塩応答を示し、胚などの周囲の組織への塩シグナルの認識と伝達に機能しているのではないかと考えられた。塩分応答には ABA が関与していることから、我々は in vivo での ABA の分布と量を解析した結果、NaCl 処理下の単離胚では、水処理に比べて ABA レベルの上昇が見られず、ABA レベルの上昇は内胚葉に依存していることを示唆した。さらに、RNA シーケンシングや SWATH-MS を用いた定量的プロテオミクスなどの高度なプロファイリング技術を用いて、食塩処理した胚と内胚葉の間で、転写後の変化や翻訳の変化に大きな違いがあることを明らかにした。以上のことから、我々の結果は、代替スプライシングなどのこれらの調節機構が、トウモロコシの種子発芽時の塩ストレスに対する初期応答を媒介している可能性が高いことを示している。この論文は著作権で保護されています。本論文は著作権で保護されています。

Germination is a plant developmental process by which radicle of mature seeds start to penetrate surrounding barriers for seedling establishment and multiple environmental factors have been shown to affect it. Little is known how high salinity affects seed germination of C4 plant, Zea mays. Preliminary germination assay suggested that isolated embryo alone was able to germinate under 200 mM NaCl treatment, whereas the intact seeds were highly repressed. We hypothesized that maize endosperm may function in perception and transduction of salt signal to surrounding tissues such as embryo, showing a completely different response to that in Arabidopsis. Since salt response involves ABA, we analysed in vivo ABA distribution and quantity and the result demonstrated that ABA level in isolated embryo under NaCl treatment failed to increase in comparison to the water control, suggesting that the elevation of ABA level is an endosperm dependent process. Subsequently, by using advanced profiling techniques such as RNA sequencing and SWATH-MS-based quantitative proteomics, we found substantial differences in post-transcriptional and translational changes between salt-treated embryo and endosperm. In summary, our results indicate that these regulatory mechanisms, such as alternative splicing, are likely to mediate early responses to salt stress during maize seed germination. This article is protected by copyright. All rights reserved.

This article is protected by copyright. All rights reserved.