小麦幼苗の乾燥耐性のプロテオームおよびメタボローム解析

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Plant Physiol. Biochem..2020 Jan;146:349-362. S0981-9428(19)30474-7. doi: 10.1016/j.plaphy.2019.11.017.Epub 2019-11-15.

小麦幼苗の乾燥耐性のプロテオームおよびメタボローム解析

Proteomic and metabolomic analysis of desiccation tolerance in wheat young seedlings.

Parisa Koobaz
Mohammad Reza Ghaffari
Manzar Heidari
Mehdi Mirzaei
Faezeh Ghanati
Ardeshir Amirkhani
Seyed Elyas Mortazavi
Foad Moradi
Mohammad Reza Hajirezaei
Ghasem Hosseini Salekdeh

PMID: 31786507 DOI: 10.1016/j.plaphy.2019.11.017.

抄録

小麦の幼苗は乾燥耐性があり、長い脱水期間に耐える能力を持っている。本研究では、乾燥時と回復後のコムギ苗のプロテオームとメタボロームの特徴を明らかにした。異なるタンパク質を機能的に分類した結果、ストレス時と回復時に観察されるタンパク質の数と量の動的な変化が明らかになった。乾燥により、光合成や炭水化物貯蔵に関連するタンパク質の量が減少し、ペルオキシレドキシンや抗酸化酵素などのストレスや防御反応に関連するタンパク質の量が増加した。回復後、ストレス応答性タンパク質の量は、一部または完全にベースラインレベルに戻っており、苗の乾燥応答に重要であることが確認された。さらに、糖質代謝に関与するタンパク質や、フルクトース-二リン酸アルドラーゼやフルクトキナーゼ-2、基質または最終生成物としてのリン酸化代謝物は、乾燥時と再加水後では逆のパターンを示した。これは、植物がストレス時にエネルギー供給を維持して苗を損傷から守り、再給水後の回復に利用していることを反映している可能性がある。本研究は、コムギ苗の乾燥耐性の分子機構を解明し、この驚くべき現象のより詳細な分子解析への道を開くものである。

Young wheat seedlings are desiccation tolerant and have the capacity to withstand long dehydration period. In this study, we characterized the proteome and metabolome of wheat seedlings during desiccation and after recovery. Functional classification of differentially identified proteins revealed dynamic changes in the number and abundance of proteins observed during stress and recovery. Desiccation resulted in a decline in the abundance of proteins associated with photosynthesis and carbohydrate reserves, along with an increase in the presence of proteins associated with stress and defense response, such as peroxiredoxins and antioxidant enzymes. Following recovery, the abundance of stress-responsive proteins returned either partially or completely to their baseline level, confirming their importance to the seedling's desiccation response. Furthermore, proteins involved in carbohydrate metabolism, as well as fructose-bisphosphate aldolase and fructokinase-2 and phosphorylated metabolites as the substrate or the end-product, showed the inverse pattern during desiccation and after re-watering. This may reflect the fact that plants maintained energy supply during stress to protect seedlings from further damage, and for use in subsequent recovery after rewatering period. This study provides novel insights into the molecular mechanisms underlying the desiccation tolerance of wheat seedlings, and paves the way for more detailed molecular analysis of this remarkable phenomenon.