サルビアミルティオールザのスーパーオキシドジスムターゼ（SOD）遺伝子ファミリーのゲノムワイドな同定と発現解析

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Gene.2020 Jun;742:144603. S0378-1119(20)30272-9. doi: 10.1016/j.gene.2020.144603.Epub 2020-03-19.

サルビアミルティオールザのスーパーオキシドジスムターゼ（SOD）遺伝子ファミリーのゲノムワイドな同定と発現解析

Genome-wide identification and expression analysis of the superoxide dismutase (SOD) gene family in Salvia miltiorrhiza.

Li-Min Han
Wen-Ping Hua
Xiao-Yan Cao
Jun-An Yan
Chen Chen
Zhe-Zhi Wang

PMID: 32198126 DOI: 10.1016/j.gene.2020.144603.

抄録

このような塩分、寒さ、干ばつ、重金属、病原菌などの不利な環境条件は、サルビアmiltiorrhiza、心臓血管や脳血管疾患の治療に使用されるよく知られている薬用植物の収量と品質に影響を与えます。植物の抗酸化系の重要な酵素であるスーパーオキシドジスムターゼ（ＳＯＤ）は、生物が産生する活性酸素を消去することにより、様々な生物学的・生物学的ストレスから植物を保護する重要な役割を果たしている。しかし、S. miltiorrhizaのSOD遺伝子ファミリーについてはほとんど知られていない。本研究では、S. miltiorrhizaゲノム中にCu/Zn-SOD3個、Fe-SOD2個、Mn-SOD3個を含む8個のSOD遺伝子を同定した。これらの遺伝子構造、プロモーター、タンパク質の特徴、系統関係、発現プロファイルを総合的に調べた。遺伝子構造解析の結果、ほとんどのSmSODは異なるイントロン/エクソンの配列パターンを持っていることが示唆された。また、それぞれのSmSODのプロモーターには、異なるストレス応答や植物ホルモンに関連するシスエレメントが多く見られた。発現プロファイル解析の結果、SmSODは寒冷、塩分、干ばつ、重金属、植物ホルモンに対して多様な応答を示すことが明らかになった。さらに、SmSODを制御する31種類のTFが予測され、解析された。これらの知見は、S. miltiorrhizaの成長とストレスへの適応におけるSmSODsの機能とその応用に関する研究のための貴重な情報を提供した。

Adverse environmental conditions, such as salinity, cold, drought, heavy metals, and pathogens affect the yield and quality of Salvia miltiorrhiza, a well-known medicinal plant used for the treatment of cardiovascular and cerebrovascular diseases. Superoxide dismutase (SOD), a key enzyme of antioxidant system in plants, plays a vital role in protecting plants against various biotic and abiotic stresses via scavenging the reactive oxygen species produced by organisms. However, little is known about the SOD gene family in S. miltiorrhiza. In this study, eight SOD genes, including three Cu/Zn-SODs, two Fe-SODs and three Mn-SODs, were identified in the S. miltiorrhiza genome. Their gene structures, promoters, protein features, phylogenetic relationships, and expression profiles were comprehensively investigated. Gene structure analysis implied that most SmSODs have different introns/exons distrbution patterns. Many cis-elements related to different stress responses or plant hormones were found in the promoter of each SmSOD. Expression profile analysis indicated that SmSODs exhibited diverse responses to cold, salt, drought, heavy metal, and plant hormones. Additionally, 31 types of TFs regulating SmSODs were predicted and analyzed. These findings provided valuable information for further researches on the functions and applications of SmSODs in S. miltiorrhiza growth and adaptation to stress.