転写および代謝産物の解析から、キュウリ（Cucumis sativus）のハダニ被害に対する直接的および間接的な防御の変化が明らかになった

Transcriptional and metabolite analysis reveal a shift in direct and indirect defences in response to spider-mite infestation in cucumber (Cucumis sativus).

• Jun He
• Harro J Bouwmeester
• Marcel Dicke
• Iris F Kappers

抄録

キーメッセージ:

キュウリの植物は、ハダニに感染した結果、2 つの遺伝子型の直接的・間接的な防御に反対の結果をもたらし、トランスクリプトームとメタボロームを適応させます。植物は節足動物の攻撃に応答してトランスクリプトームの再配列を行い、それに伴って植物のメタボロームの表現型が変化する。ここでは、キュウリ（Cucumis sativus）の2つの遺伝子型のハダニ（Tetranychus urticae）に対する感染後3日間のトランスクリプトームと代謝物応答を分析した。その結果，ジャスモネート，フェニルプロパノイド，テルペノイド，L-フェニルアラニンの代謝に関わる遺伝子が最も強く発現していた。また，間接防御関連テルペノイドの前駆体の生合成に関わる遺伝子がアップレギュレーションされ，直接防御関連キュルビタシンCの生合成に関わる遺伝子がダウンレギュレーションされていた。観察された転写変化と一致するように、ハダニの草食初期にはテルペノイドの放出量が増加し、ククルビタシンCの含有量は減少していた。ハダニに対する誘導防御の基盤となる制御ネットワークをさらに研究するために、転写因子（TF）をコードする遺伝子の異なる発現を解析した。その結果、ハダニの代謝関連遺伝子と転写因子遺伝子の発現を相関させて解析した結果、ハダニの草食誘発によるテルペノイド、緑葉の揮発性物質、ククルビタシンの生合成を制御する遺伝子が同定された。これらのデータは、ハダニの食害に対するキュウリの葉の転写変化と、ハダニの食害に対する直接的・間接的な防御に関与している代謝物の転写変化の全体像を示している。

KEY MESSAGE: Cucumber plants adapt their transcriptome and metabolome as result of spider mite infestation with opposite consequences for direct and indirect defences in two genotypes. Plants respond to arthropod attack with the rearrangement of their transcriptome which lead to subsequent phenotypic changes in the plants' metabolome. Here, we analysed transcriptomic and metabolite responses of two cucumber (Cucumis sativus) genotypes to chelicerate spider mites (Tetranychus urticae) during the first 3 days of infestation. Genes associated with the metabolism of jasmonates, phenylpropanoids, terpenoids and L-phenylalanine were most strongly upregulated. Also, genes involved in the biosynthesis of precursors for indirect defence-related terpenoids were upregulated while those involved in the biosynthesis of direct defence-related cucurbitacin C were downregulated. Consistent with the observed transcriptional changes, terpenoid emission increased and cucurbitacin C content decreased during early spider-mite herbivory. To further study the regulatory network that underlies induced defence to spider mites, differentially expressed genes that encode transcription factors (TFs) were analysed. Correlation analysis of the expression of TF genes with metabolism-associated genes resulted in putative identification of regulators of herbivore-induced terpenoid, green-leaf volatiles and cucurbitacin biosynthesis. Our data provide a global image of the transcriptional changes in cucumber leaves in response to spider-mite herbivory and that of metabolites that are potentially involved in the regulation of induced direct and indirect defences against spider-mite herbivory.