イネ科植物のf.sp.感染に対する応答のデノボ・トランスクリプトームとメタボロームの複合解析

Combined De Novo Transcriptome and Metabolome Analysis of Common Bean Response to f. sp. Infection.

• Limin Chen
• Quancong Wu
• Weimin He
• Tianjun He
• Qianqian Wu
• Yeminzi Miao

抄録

インゲンマメがFOPに応答して誘発される分子的変化は、未だ解明されていない。我々は、de novo トランスクリプトームとメタボロームを組み合わせたアプローチを用いて、インゲンマメとFOPの相互作用における根の代謝の変化を研究した。その結果、感染後 24 時間経過したインゲンマメの根において、対照と比較してトランスクリプトームレベルと代謝物濃度が変化することが明らかになった。また、インゲンマメ根のトランスクリプトームおよびメタボローム応答は、細胞壁の緩みや分解に関連する転写産物の過剰蓄積を特徴とする細胞壁の緩みや弱体化などの構造的防御に大きな変化を示した。また、病原関連遺伝子のレベルはFOP接種時に有意に高かった。興味深いことに、FOP 感染に応答してシグナル伝達にグリコシルホスファチジルイノシトール-アンカードタンパク質（GPI-APs）が関与していることを発見した。その結果、ホルモンはサリチル酸、ジャスモネート、エチレンなどのシグナル伝達経路に強く関与していることが確認された。また、FOP感染したインゲンマメの根は、対照と比較してエネルギー代謝や窒素動員が誘導された。重要なことは、トランスクリプトームとメタボロームの複合解析により、フラボノイド生合成経路がFOP感染に対する最も有意に濃縮された経路であることが明らかになった。以上のことから，インゲンマメとFOPの相互作用における宿主の役割は，いくつかの分子イベントの結果として観察されたトランスクリプトームとメタボロームの変化が決定づけていることが示唆された。

Molecular changes elicited by common bean ( L.) in response to f. sp. (FOP) remain elusive. We studied the changes in root metabolism during common bean-FOP interactions using a combined de novo transcriptome and metabolome approach. Our results demonstrated alterations of transcript levels and metabolite concentrations in common bean roots 24 h post infection as compared to control. The transcriptome and metabolome responses in common bean roots revealed significant changes in structural defense i.e., cell-wall loosening and weakening characterized by hyper accumulation of cell-wall loosening and degradation related transcripts. The levels of pathogenesis related genes were significantly higher upon FOP inoculation. Interestingly, we found the involvement of glycosylphosphatidylinositol- anchored proteins (GPI-APs) in signal transduction in response to FOP infection. Our results confirmed that hormones have strong role in signaling pathways i.e., salicylic acid, jasmonate, and ethylene pathways. FOP induced energy metabolism and nitrogen mobilization in infected common bean roots as compared to control. Importantly, the flavonoid biosynthesis pathway was the most significantly enriched pathway in response to FOP infection as revealed by the combined transcriptome and metabolome analysis. Overall, the observed modulations in the transcriptome and metabolome flux as outcome of several orchestrated molecular events are determinant of host's role in common bean-FOP interactions.