ゴム生合成への道のりにおけるbHLH型転写因子の制御可能性

Regulatory Potential of bHLH-Type Transcription Factors on the Road to Rubber Biosynthesis in .

• Tomoko Yamaguchi
• Yukio Kurihara
• Yuko Makita
• Emiko Okubo-Kurihara
• Ami Kageyama
• Emi Osada
• Setsuko Shimada
• Hiroko Tsuchida
• Hiroaki Shimada
• Minami Matsui

抄録

天然ゴムは、天然ゴムのラテックスの主成分である。 ゴムの収量を向上させるためには、ラチファーの二次分化とゴム生合成の遺伝的分子機構を理解することが重要であり、ジャスモネートは、ラチファーの二次分化とゴム生合成の両方を促進する。ジャスモン酸は、ラチファーの二次分化とゴム生合成の両方を促進する。ここでは、メチルジャスモン酸(MeJA)で処理した懸濁培養細胞を用いて、遺伝子発現プロファイルを明らかにするために、時間経過に応じたRNA-seq解析を行った。Gene Ontology (GO)解析の結果、治療後24時間では「細胞分化」という用語がアップレギュレーションされた遺伝子に富むが、逆に5日後ではダウンレギュレーションされた遺伝子に富むことが示され、MeJAは応答の初期段階で細胞分化を誘導できることが示された。ジャスモネートシグナル伝達は、塩基性ヘリックス-ループヘリックス(bHLH)型転写因子(TF)であるMYC2によって活性化される。本研究の目的は、MeJA適用後のトランスクリプトームの変化とTFによる調節との間に何らかの関連を見出すことであった。インビトロ結合アッセイを用いて、4つのbHLH転写因子によって標的とされたゲノム全体の候補遺伝子を追跡した。Hb_MYC2-1, Hb_MYC2-2, Hb_bHLH1, および Hb_bHLH2である。後者の2つはラチファー細胞で高発現している。これらの物理的結合部位は、MeJA曝露によって異なる発現を示す他の様々なTF遺伝子や、ゴムの生合成に関連する遺伝子のプロモーター領域に見出された。これらの研究結果は、細胞の分化を制御し、ゴムの生合成を促進する可能性を示唆しています。これらの知見は、将来的には遺伝子制御による天然ゴムの収量増加に役立つものと期待されます。

Natural rubber is the main component of latex obtained from laticifer cells of . For improving rubber yield, it is essential to understand the genetic molecular mechanisms responsible for laticifer differentiation and rubber biosynthesis. Jasmonate enhances both secondary laticifer differentiation and rubber biosynthesis. Here, we carried out time-course RNA-seq analysis in suspension-cultured cells treated with methyljasmonic acid (MeJA) to characterize the gene expression profile. Gene Ontology (GO) analysis showed that the term "cell differentiation" was enriched in upregulated genes at 24 hours after treatment, but inversely, the term was enriched in downregulated genes at 5 days, indicating that MeJA could induce cell differentiation at an early stage of the response. Jasmonate signaling is activated by MYC2, a basic helix-loop-helix (bHLH)-type transcription factor (TF). The aim of this work was to find any links between transcriptomic changes after MeJA application and regulation by TFs. Using an in vitro binding assay, we traced candidate genes throughout the whole genome that were targeted by four bHLH TFs: Hb_MYC2-1, Hb_MYC2-2, Hb_bHLH1, and Hb_bHLH2. The latter two are highly expressed in laticifer cells. Their physical binding sites were found in the promoter regions of a variety of other TF genes, which are differentially expressed upon MeJA exposure, and rubber biogenesis-related genes including and . These studies suggest the possibilities that and regulate cell differentiation and that and promote rubber biosynthesis. We expect that our findings will help to increase natural rubber yield through genetic control in the future.