miRNAとmRNAを用いて構築した包括的相互作用ネットワークが、高温下におけるジャガイモの結球に関する新たな知見を提供

A Comprehensive Interaction Network Constructed Using miRNAs and mRNAs Provides New Insights into Potato Tuberization under High Temperatures.

抄録

高温は結球を遅らせ、ジャガイモ（L. ）の収量を減少させる。しかし、高温下での結球の分子機構や制御ネットワークは、ほとんど解明されていない。ここでは、高温下での塊茎化に関与する遺伝子と制御ネットワークを同定するために、葉と茎のmRNAとmiRNAの塩基配列を決定した。その結果、葉および茎において、それぞれ2804個および5001個の高温ストレス下での差次発現遺伝子（DEG）が同定された。これらの遺伝子は、分裂組織の発達、スクロースの生合成過程、および高温に対する応答に関する遺伝子オントロジー用語において有意に濃縮されていた。一方、葉と茎でそれぞれ101個と75個の発現差のあるmiRNA（DEmiRNA）が同定された。DEmiRNAとDEG間の相互作用ネットワークを構築し、葉と茎でそれぞれ118と150のDEmiRNA-DEGペアを同定した。miRNAと標的遺伝子との相互作用ネットワークを構築し、高温下で塊茎形成を制御するmiRNA-遺伝子モジュール候補を提案した。本研究は、高温下における塊茎形成阻害の制御機構を明らかにするための新たな知見を提供するとともに、ジャガイモの耐暑性を向上させるための遺伝子リソースを提供するものである。

High temperatures delay tuberization and decrease potato ( L.) yields. However, the molecular mechanisms and regulatory networks underlying tuberization under high temperatures remain largely unknown. Here, we performed the mRNA and miRNA sequencing of leaves and stems to identify genes and regulatory networks involved in tuberization under high temperatures. A total of 2804 and 5001 differentially expressed genes (DEGs) under high-temperature stress were identified in leaves and stems, respectively. These genes were significantly enriched in gene ontology terms regarding meristem development, the sucrose biosynthetic process, and response to heat. Meanwhile, 101 and 75 differentially expressed miRNAs (DEmiRNAs) were identified in leaves and stems, respectively. We constructed an interaction network between DEmiRNAs and DEGs, identifying 118 and 150 DEmiRNA-DEG pairs in leaves and stems, respectively. We found three miRNA-mRNA candidate modules involved in tuberization under high temperatures, including /, /, and /. Our study constructed an interaction network between miRNAs and target genes and proposes candidate miRNA-gene modules that regulate tuber formation under high temperatures. Our study provides new insights for revealing the regulatory mechanism of the high-temperature inhibition of tuberization and also provides gene resources for improving the heat tolerance in potatoes.