ポプラにおける植物-病原体機能モジュールの主要遺伝子と遺伝的相互作用の解明

Key Genes and Genetic Interactions of Plant-Pathogen Functional Modules in Poplar Infected by .

• Sisi Chen
• Yanfeng Zhang
• Yiyang Zhao
• Weijie Xu
• Yue Li
• Jianbo Xie
• Deiqiang Zhang

抄録

Marssonina leaf spot of poplars (MLSP) の原因病原体である .NET は、葉に黒い斑点を形成したり、木を枯らしたりして、ポプラの植林地を荒廃させている。MLSPは30年以上前から研究されているが、感染時に機能する主要遺伝子や植物の生育に及ぼす影響については十分に理解されていない。本研究では、トランスクリプトーム解析により明らかになった植物-病原体相互作用経路の主要遺伝子の光合成と生育への影響を、多遺伝子関連研究を用いて435個体の自然集団を対象に調査した。感染の3段階でのトランスクリプトーム解析により、基底防御反応に関連すると考えられる7,611個の異なる発現を持つ遺伝子のうち、628個の転写因子遺伝子を検出した。また、Gene OntologyおよびKyoto Encyclopedia of Genes and Genomesのエンリッチメント解析により、感染の異なる段階における転写因子の変化が、防御活性化に関連した代謝プロセスのリプログラミングにつながることが明らかになった。植物と病原体の相互作用経路における221の完全長遺伝子内の29,399個の共通一塩基多型（SNP）を同定し、光合成および成長形質と有意に関連していた。また、気孔コンダクタンス、樹木の直径、樹木の高さに関連する4,460個の有意なエピスタシス対を検出した。エピスタシス解析により、植物-病原体相互作用経路の異なる機能モジュールから2,561個のSNP-SNPペア間の有意な相互作用が明らかになり、遺伝的相互作用の可能性が明らかになった。この解析により、感染時に機能する多くの重要な遺伝子が明らかになり、光合成や植物の成長を媒介する潜在的な役割が明らかになり、植物-病原体相互作用経路の機能モジュール間の遺伝的相互作用に光を当てることができた。

, the causative pathogen of Marssonina leaf spot of poplars (MLSP), devastates poplar plantations by forming black spots on leaves and defoliating trees. Although MLSP has been studied for over 30 years, the key genes that function during infection and their effects on plant growth are poorly understood. Here, we used multigene association studies to investigate the effects of key genes in the plant-pathogen interaction pathway, as revealed by transcriptome analysis, on photosynthesis and growth in a natural population of 435 individuals. By analyzing transcriptomic changes during three stages of infection, we detected 628 transcription factor genes among the 7,611 differentially expressed genes that might be associated with basal defense responses. Gene Ontology and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes enrichment analyses revealed that transcriptomic changes across different stages of infection lead to the reprogramming of metabolic processes possibly related to defense activation. We identified 29,399 common single-nucleotide polymorphisms (SNPs) within 221 full-length genes in plant-pathogen interaction pathways that were significantly associated with photosynthetic and growth traits. We also detected 4,460 significant epistatic pairs associated with stomatal conductance, tree diameter, and tree height. Epistasis analysis uncovered significant interactions between 2,561 SNP-SNP pairs from different functional modules in the plant-pathogen interaction pathway, revealing possible genetic interactions. This analysis revealed many key genes that function during infection and their potential roles in mediating photosynthesis and plant growth, shedding light on genetic interactions between functional modules in the plant-pathogen interaction pathway.