比較トランスクリプトーム解析の結果、複数のホルモンシグナル伝達と炭水化物代謝経路がニコチアナ・タバカムのバチルス・セレウスによって影響を受けていることが明らかになった

Comparative transcriptomic analysis reveals that multiple hormone signal transduction and carbohydrate metabolic pathways are affected by Bacillus cereus in Nicotiana tabacum.

• Yueyue Li
• Min Zhao
• Wenwen Chen
• Hongyi Du
• Xiaodong Xie
• Daibin Wang
• Ya Dai
• Qingyou Xia
• Genhong Wang

抄録

セレウス菌は、植物の成長を促進し、植物の耐病性を誘導するなど、いくつかの面で植物にとって有益な細菌であると考えられている。しかし、Bacillus cereusがNicotiana tabacumに作用する効果についての詳細な報告はない。本研究では、B. cereus CGMCC 5977とN. tabacumとの相互作用の分子機構を明らかにするために、RNAベースのシーケンシング（RNAseq）を用いた。その結果、Bacillus cereus CGMCC 5977とN. tabacumの相互作用の分子機構を明らかにするため、Bacillus cereus CGMCC 5977とN. tabacumの相互作用の分子機構を明らかにするため、RNAseq法を用いた。Gene Ontology (GO)およびKyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)のエンリッチメント解析の結果、ホルモンシグナル伝達、MAPKシグナル伝達経路、光合成、酸化ストレス、アミノ糖代謝、ヌクレオチド糖代謝において、最も多くのDEGが有意に濃縮されていることが明らかになった。さらに、解糖／グルコース新生は、セレウス菌を接種することで深刻な影響を受けた。ホルモンシグナル経路では、ジャスモン酸（JA）、サリチル酸（SA）、エチレン（Eth）の活性化を含む植物防御関連主要ホルモンに複数のDEGが関与していた。さらに解析を進めると、アブシジン酸（ABA）、ジベレリン（GA）、オーキシン（AUX）、サイトカイニン（CK）などのホルモン関連遺伝子にも変化が見られた。特筆すべきは、解糖／グルコース新生、デンプンの異化、酸化ストレスに関連する遺伝子が多数誘導されたことである。さらに、核酸糖代謝に関連するＤＥＧの大部分も有意にアップレギュレーションされた。生化学的アッセイでは、B. cereus処理した葉のデンプン含量は、対照試料では5.42mg/gであったのに対し、6時間後には2.51mg/g、24時間後には2.38mg/gに減少していた。以上の結果から、タバコとセレウスの相互作用には複数のホルモンシグナル伝達経路や糖質代謝経路が関与していることが明らかになった。

Bacillus cereus is thought to be a beneficial bacterium for plants in several aspects, such as promoting plant growth and inducing plant disease resistance. However, there is no detailed report on the effect of Bacillus cereus acting on Nicotiana tabacum. In the present study, RNA-based sequencing (RNAseq) was used to identify the molecular mechanisms of the interaction between B. cereus CGMCC 5977 and N. tabacum. A total of 7345 and 5604 differentially expressed genes (DEGs) were identified from leaves inoculated with Bacillus cereus at 6 and 24 hpi, respectively. Gene Ontology (GO) and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) enrichment analyses revealed that the most DEGs could be significantly enriched in hormone signal transduction, the MAPK signaling pathway, photosynthesis, oxidative stress, and amino sugar, and nucleotide sugar metabolism. Furthermore, glycolysis/gluconeogenesis was severely affected by inoculation with Bacillus cereus. In the hormone signal pathway, multiple DEGs were involved in plant defense-related major hormones, including activation of jasmonic acid (JA), salicylic acid (SA), and ethylene (Eth). Further analyses showed that other hormone-related genes involved in abscisic acid (ABA), gibberellin (GA), auxin (AUX), and cytokinin (CK) also showed changes. Notably, a large number of genes associated with glycolysis/gluconeogenesis, catabolism of starch and oxidative stress were induced. In addition, the majority of DEGs related to nucleic acid sugar metabolism were also significantly upregulated. Biochemical assays showed that the starch content of B. cereus-treated leaves was reduced to 2.51 mg/g and 2.38 mg/g at 6 and 24 hpi, respectively, while that of the control sample was 5.42 mg/g. Overall, our results demonstrated that multiple hormone signal transduction and carbohydrate metabolic pathways are involved in the interaction of tobacco and B. cereus.

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