ケナフ( L.)変異体におけるセルロースおよびリグニン生合成に関連する遺伝子アイソフォームの特性評価

Characterization of Gene Isoforms Related to Cellulose and Lignin Biosynthesis in Kenaf ( L.) Mutant.

• Jae Il Lyu
• Rahul Ramekar
• Dong-Gun Kim
• Jung Min Kim
• Min-Kyu Lee
• Nguyen Ngoc Hung
• Jin-Baek Kim
• Joon-Woo Ahn
• Si-Yong Kang
• Ik-Young Choi
• Kyoung-Cheul Park
• Soon-Jae Kwon

抄録

ケナフは繊維源であり、第三世界の作物とされるバイオエネルギー作物である。最近、ガンマ線照射によりケナフの新品種「ジャンデ」が開発された。その結果、野生型よりもバイオマス量が多く、種子収量が多く、開花が早いなどの特徴を示した。本研究では、Pacific Biosciences社の単一分子長読イソフォームシークエンシングプラットフォームを用いて、先端葉と茎のトランスクリプトームの配列決定と解析を行った。その結果、全長59Mbpの完全長転写物26,822本が得られた。タンパク質配列との配列類似性から、11,370個のユニゲンを機能的にアノテーションすることができた。そのうち、10,100個のunigeneには遺伝子オントロジー用語が付与されており、その大部分は代謝・細胞過程に関連するものであった。また、京都遺伝子・ゲノム百科事典（KEGG）解析により、アノテーションされたユニ遺伝子のうち8875個を149の代謝経路にマッピングした。また、セルロースとリグニンの生合成に関与すると考えられる遺伝子の大部分を同定した。さらに、リグニン生合成に関わる8つの遺伝子ファミリーの発現パターンを、異なる生育段階で評価した。本研究では、これらの遺伝子について得られた情報を用いて適切なバイオテクノロジー的アプローチを行うことで、突然変異体の望ましい内容形質を改変することが可能となる。本研究で得られたトランスクリプトームデータは、ケナフの分子遺伝学的研究のための参考データセットとして利用することができ、ケナフの分子遺伝学的研究のリソースとなる。

Kenaf is a source of fiber and a bioenergy crop that is considered to be a third world crop. Recently, a new kenaf cultivar, "Jangdae," was developed by gamma irradiation. It exhibited distinguishable characteristics such as higher biomass, higher seed yield, and earlier flowering than the wild type. We sequenced and analyzed the transcriptome of apical leaf and stem using Pacific Biosciences single-molecule long-read isoform sequencing platform. De novo assembly yielded 26,822 full-length transcripts with a total length of 59 Mbp. Sequence similarity against protein sequence allowed the functional annotation of 11,370 unigenes. Among them, 10,100 unigenes were assigned gene ontology terms, the majority of which were associated with the metabolic and cellular process. The Kyoto encyclopedia of genes and genomes (KEGG) analysis mapped 8875 of the annotated unigenes to 149 metabolic pathways. We also identified the majority of putative genes involved in cellulose and lignin-biosynthesis. We further evaluated the expression pattern in eight gene families involved in lignin-biosynthesis at different growth stages. In this study, appropriate biotechnological approaches using the information obtained for these putative genes will help to modify the desirable content traits in mutants. The transcriptome data can be used as a reference dataset and provide a resource for molecular genetic studies in kenaf.