PaACLサイレンシングは花の老化を促進し、代謝の恒常性を維持するためにプロテオームを変化させる

PaACL silencing accelerates flower senescence and changes proteome to maintain metabolic homeostasis.

• Huina Zhao
• Shiwei Zhong
• Lina Sang
• Xinyou Zhang
• Zeyu Chen
• Qian We
• Guoju Chen
• Juanxu Liu
• Yixun Yu

抄録

細胞質アセチル-CoAは、ほとんどの二次代謝産物の合成中間体であり、タンパク質のアセチル化のためのアセチル源である。細胞質アセチル-CoAの形成は、クエン酸からのATP-クエン酸リアーゼ（ACL）によって触媒される。しかし、ACLの大域的な代謝物合成や大域的なタンパク質アセチル化における機能はあまり知られていません。ここで、Petunia axillarisのACLのACLAとACLBサブユニットをコードするPaACLA1、PaACLA2、PaACLB1、PaACLB2の4つの遺伝子が、P. hybrida 'Ultra'の同一配列であることが明らかになった。PaACLA1-A2とPaACLB1-B2の両方をサイレンシングすると、ペチュニア'Ultra'では葉や花の発育に異常が生じ、アントシアニン含量が減少し、花の老化が促進された。予期せぬことに、メタボロームおよびアセチローム解析の結果、PaACLB1-B2のサイレンシングにより、ペチュニアの花冠のアセチル-CoA代謝の下流代謝物の多くが増加し、多くのタンパク質のアセチル化レベルがそれぞれ増加することが明らかになった。このことから、PaACL-BP2サイレンシングを受けたペチュニアコロラでは、アセチル-CoAの減少により代謝ストレスが発生し、トランスクリプトーム、プロテオーム、アセチロームに大規模かつ特異的な変化が生じ、代謝の恒常性を維持する効果があることが明らかになった。さらに、予想外にも、アセチル-CoA 欠損下では、全領域のプロテオームとアセチロームが負の相関を示すことがわかった。以上の結果から、PaACLはトランスクリプトーム、プロテオーム、アセチロームの変化を促進し、代謝の恒常性を維持する重要な代謝調節因子であることが示唆された。

Cytosolic acetyl-CoA is an intermediate of the synthesis of most secondary metabolites and the acetyl source for protein acetylation. The formation of cytosolic acetyl-CoA is catalysed by ATP-citrate lyase (ACL) from citrate. However, the function of ACL in global metabolite synthesis and global protein acetylation is not well known. Here, four genes, PaACLA1, PaACLA2, PaACLB1, and PaACLB2, which encode ACLA and ACLB subunits of ACL in Petunia axillaris, were identified as the same sequences in P. hybrida 'Ultra'. Silencing of both PaACLA1-A2 and PaACLB1-B2 led to abnormal leaf and flower development, reduced total anthocyanin content and accelerated flower senescence in petunia 'Ultra'. Unexpectedly, metabolome and acetylome analysis revealed that PaACLB1-B2 silencing increased the content of many downstream metabolites of acetyl-CoA metabolism and the acetylation levels of many proteins in petunia corollas, respectively. Mechanistically, the metabolic stress induced by reduction of acetyl-CoA in PaACL-silenced petunia corollas caused global and specific changes in the transcriptome, the proteome and the acetylome with the effect of maintaining metabolic homeostasis. In addition, unexpectedly, the global proteome and acetylome were negatively correlated under acetyl-CoA deficiency. Together, our results suggest that PaACL acts as an important metabolic regulator that maintains metabolic homeostasis by promoting changes in the transcriptome, proteome and acetylome.

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