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リンゴ（Malus domestica）の光捕集クロロフィルa/b結合遺伝子ファミリーのゲノムワイド解析と、干ばつや浸透圧ストレスに対する耐性を付与するMdLhcb4.3の機能的特徴付け
Genome-wide analysis of the light-harvesting chlorophyll a/b-binding gene family in apple (Malus domestica) and functional characterization of MdLhcb4.3, which confers tolerance to drought and osmotic stress.
PMID: 32688296 DOI: 10.1016/j.plaphy.2020.06.022.
抄録
高等植物では、光捕集性クロロフィルa/b結合(Lhc)タンパク質は、植物の成長、発達、および生物学的ストレス応答に重要な複数のプロセスで機能している。しかし、重要な果樹作物であるリンゴ（Malus×domestica Borkh.本研究では、リンゴのゲノム中に27個のLhc遺伝子を同定した。系統解析の結果、Lhc遺伝子ファミリーは3つの主要な亜ファミリーに分類され、それぞれのメンバーは保存されているモチーフを共有していることが明らかになった。進化解析の結果、重複したMdLhc遺伝子は主に精製選択下にあることが示された。MdLhcはすべての組織で様々なレベルで発現しており、干ばつストレス下では異なる発現パターンを示した。トランスジェニックシロイヌナズナとリンゴカルスにおけるMdLhcb4.3の過剰発現は、干ばつと浸透圧ストレスに対する耐性を高めた。これらの結果は、植物の干ばつや浸透圧ストレスに対する抵抗性の調節におけるLhcタンパク質の重要な役割を示しており、リンゴにおけるLhc機能のさらなる研究のための貴重な情報を提供するものである。
In higher plants, the light-harvesting chlorophyll a/b-binding (Lhc) proteins function in multiple processes that are critical to plant growth, development, and abiotic stress response. However, the Lhc gene family has not been well characterized in the important fruit crop, apple (Malus × domestica Borkh.). In this study, we identified 27 Lhc genes in the apple genome. Phylogenetic analysis showed that the Lhc gene family could be classified into three major subfamilies, each of whose members shared similar conserved motifs. Evolutionary analysis indicated that duplicated MdLhc genes were primarily under purifying selection. MdLhcs were expressed at varying levels in all tissues examined and showed different expression patterns under drought stress. The overexpression of MdLhcb4.3 in transgenic Arabidopsis and apple callus enhanced their tolerance to drought and osmotic stress. Taken together, these results demonstrate the important role of Lhc proteins in the regulation of plant resistance to drought and osmotic stress and provide valuable information for further study of Lhc functions in apple.
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