ポピュラス×カネスセンの硝酸塩同化が対照的な2つの根域における生理的特徴とRNA配列の解析

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Tree Physiol..2020 Jun;tpaa071. doi: 10.1093/treephys/tpaa071.Epub 2020-06-02.

ポピュラス×カネスセンの硝酸塩同化が対照的な2つの根域における生理的特徴とRNA配列の解析

Physiological characteristics and RNA sequencing in two root zones with contrasting nitrate assimilation of Populus × canescens.

Jing Zhou
Yan Lu
Wen-Guang Shi
Shu-Rong Deng
Zhi-Bin Luo

PMID: 32542375 DOI: 10.1093/treephys/tpaa071.

抄録

異なる根のゾーンは、ポピュラス種において硝酸塩(NO3-)取り込みのための明確な能力を持っていますが、基礎となる生理学的およびマイクロRNA(miRNA)の制御機構については、ほとんど不明のままです。この問題を解決するために、P. × canescensのNO3-取り込み能力が対照的な2つの根域を調査した。根尖までの0～40mmの領域（根のゾーンI）は純流入を示したが、40～80mmの領域（根のゾーンII）は純流出を示した。また、NO3-およびアンモニウム（NH4+）濃度、硝酸還元酵素（NR）活性は、II区ではI区に比べて低かった。特に、アップレギュレーションされたptc-miR396g-5pとptc-miR396f_L+1R-1の標的である成長調節因子4（GRF4）は、ゾーンIIではゾーンIと比較してダウンレギュレーションされており、おそらくゾーンIIでのNO3取り込み率と同化率の低下に寄与していると考えられた。さらに、C2H2ジンクフィンガーファミリーやAPETALA2/エチレン応答性エレメント結合タンパク質ファミリーのメンバーであるいくつかのmiRNAとその標的が根のゾーンで検出され、これらのmiRNAはNO3-取り込みを制御するために重要な役割を果たしていると考えられた。これらの結果は、ポプラの異なる根域において、異なる発現を示すmiRNA-ターゲットペアが、異なるNO3取り込み率と同化の調節に重要な役割を果たしていることを示唆している。

Different root zones have distinct capacities for nitrate (NO3-) uptake in Populus species, but the underlying physiological and microRNA (miRNA) regulatory mechanisms remain largely unknown. To address this question, two root zones of P. × canescens with contrasting capacities for NO3- uptake were investigated. The region of 0 to 40 mm (root zone I) to the root apex displayed net influxes, whereas the region of 40 to 80 mm (root zone II) exhibited net effluxes. Concentrations of NO3- and ammonium (NH4+) as well as nitrate reductase (NR) activity were lower in zone II than in zone I. Forty one upregulated and twenty three downregulated miRNAs, and 576 targets of these miRNAs were identified in zone II in comparison with zone I. Particularly, growth-regulating factor 4 (GRF4), a target of upregulated ptc-miR396g-5p and ptc-miR396f_L + 1R-1, was downregulated in zone II in comparison with zone I, probably contributing to lower NO3- uptake rates and assimilation in zone II. Furthermore, several miRNAs and their targets, members of C2H2 zinc finger family and APETALA2/ethylene-responsive element binding protein family, were found in root zones, which probably play important roles in regulating NO3- uptake. These results indicate that differentially expressed miRNA-target pairs play key roles in regulation of distinct NO3- uptake rates and assimilation in different root zones of poplars.