小豆のエチレン応答因子ファミリーのゲノムワイド解析と塩類アルカリストレス下でのVaERF3の機能決定

Genome-wide analysis of ethylene-response factor family in adzuki bean and functional determination of VaERF3 under saline-alkaline stress.

• Wei-Yu Li
• Cheng Wang
• Heng-Hua Shi
• Bo Wang
• Jing-Xuan Wang
• Yu-Shu Liu
• Jing-Yu Ma
• Sen-Ya Tian
• Yao-Wen Zhang

抄録

エチレン応答因子（ERF）タンパク質は、植物の成長や環境ストレス応答に関与する転写因子ファミリーのメンバーであるが、小豆におけるERFメンバーの生物学的機能は不明である。また、これらのタンパク質が環境ストレス応答を制御する役割を果たしているかどうかも不明である。本研究では、小豆のゲノムを解析し、47個のERF遺伝子を同定した。塩分アルカリストレス下の植物の全トランスクリプトーム解析の結果、13個のERF遺伝子の発現が塩分アルカリストレスに応答して誘導されることが示唆された。これらの生理食塩水ストレス誘導性ERF遺伝子のプロモーターには、生物学的ストレス応答に関与するLTR, DRE, MYB, ABRE, MYC, CGTCA-, TGACG-モチーフが含まれていることが、シス作用要素の解析から明らかになった。VaERF3の発現は、NaHCO、ポリエチレングリコール6000、NaCl、ABA（アブシジン酸）によって誘導され、qRT-PCRによって決定された。トランスジェニックシロイヌナズナでVaERF3を過剰発現させると、塩水アルカリ性ストレス条件下で生育した植物では、プロリン蓄積量が増加し、マロンジアルデヒドと活性酸素種の含有量が減少した。さらに、VaERF3は核内局在化転写活性化因子をコードしており、ストレス応答性遺伝子の発現を促進していた。これらの結果は、小豆の塩水アルカリストレス応答のメカニズムを解明する上で非常に重要な意味を持つ。

Ethylene-response factor (ERF) proteins are members of a transcription factor family involved in plant growth and environmental stress responses, but the biological functions of ERF members in adzuki bean (Vigna angularis var. angularis) remain unknown. In addition, it is unclear whether these proteins have a role in regulating responses to abiotic stressors. Here, we identified 47 ERF genes by analyzing the adzuki bean genome. Whole-transcriptome analyses of plants under saline-alkaline stress suggested that the expression of 13 ERF genes was induced in response to saline-alkaline stress. Analysis of the cis-acting elements showed that the promoters of these saline-alkaline stress-inducible ERF genes contained LTRs, DREs, MYBs, ABREs, MYCs, CGTCA-, and TGACG-motifs, which are involved in abiotic stress responses. The expression of VaERF3 was induced by NaHCO, polyethylene glycol 6000, NaCl, and ABA (abscisic acid), as determined by qRT-PCR. Overexpression of VaERF3 in transgenic Arabidopsis resulted in higher levels of proline accumulation and lower malondialdehyde and reactive oxygen species contents in plants grown under saline-alkaline stress conditions. Moreover, VaERF3 encoded a nuclear-localized transcriptional activator that promoted the expression of stress-responsive genes. Collectively, these results are of great significance in elucidating the mechanisms of saline-alkaline stress responses in adzuki bean.

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