干ばつ環境が異なるユーカリの2種の水ストレス応答をプロテオーム解析で解明

Proteomic analyses unraveling water stress response in two Eucalyptus species originating from contrasting environments for aridity.

• Rayana de Sá Martins
• José Marcio Rocha Faria
• Bruno César Rossini
• Celso Luís Marino
• Lucilene Delazari Dos Santos
• Anderson Cleiton José

抄録

ユーカリは、異なる気候条件への適応性や育種に適していることから、世界のいくつかの地域で広く栽培されている。環境条件の変化により、世界の多くの地域で乾燥が増加していることが指摘されており、このような状況に適応した遺伝資源が求められている。そこで、本研究では、ユーカリ2種の水ストレス下における対照的な違いを、豊富に存在するタンパク質を同定することで明らかにすることを目的とした。そのために、両種の葉を圃場容量（FC）の40％と80％に維持した状態で、全タンパク質の抽出を行った。80％FC水域をコントロールとし、40％FC水域を重度の水ストレスとした。抽出されたタンパク質は2-DEにより分離され、その後、高分解能MS（Q-Exactive）に結合した液体ナノクロマトグラフィーにより、異なる種類のタンパク質を同定した。比較プロテオミクスの結果、干ばつに耐性のある種ではより多くのタンパク質が存在し、干ばつに敏感な種ではより少ない、または変化のない4つのタンパク質（ATP合成酵素ガンマおよびアルファ、グルタミン合成酵素および液胞体タンパク質）、干ばつストレス下の植物にのみ存在する未同定のタンパク質、および10個のタンパク質（プラスチッ ド-脂質.干ばつ耐性種では、水ストレスに応答して、ruBisCO アクチターゼ、ruBisCO、プロテアーゼ ClpA、トランスケトラーゼ、イソフラボン還元酵素、フェレドキシン-NADP 還元酵素、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ、アミノ酪酸トランスアミナーゼ、セドヘプツロース-1-ビスフォスファターゼ）が特異的に誘導されていた。これらの結果から、これらのタンパク質は、種特異的なタンパク質を同定することにより、水ストレス耐性のマーカーとして重要な役割を果たし、将来的には遺伝子工学のターゲットとなる可能性があることが示唆されました。

Eucalyptus are widely cultivated in several regions of the world due to their adaptability to different climatic conditions and amenable to tree breeding programs. With changes in environmental conditions pointing to an increase in aridity in many areas of the globe, the demand for genetic materials that adapt to this situation is required. Therefore, the aim of this work was to identify contrasting differences between two Eucalyptus species under water stress through the identification of differentially abundant proteins. For this, total protein extraction was proceeded from leaves of both species maintained at 40 and 80% of field capacity (FC). The 80% FC water regime was considered as the control and the 40% FC, severe water stress. The proteins were separated by 2-DE with subsequent identification of those differentially abundant by liquid nanocromatography coupled to high resolution MS (Q-Exactive). Comparative proteomics allowed to identify four proteins (ATP synthase gamma and alpha, glutamine synthetase and a vacuolar protein) that were more abundant in drought-tolerant species and simultaneously less abundant or unchanged in the drought- sensitive species, an uncharacterized protein found exclusively in plants under drought stress and also 10 proteins (plastid-lipid, ruBisCO activase, ruBisCO, protease ClpA, transketolase, isoflavone reductase, ferredoxin-NADP reductase, malate dehydrogenase, aminobutyrate transaminase and sedoheptulose-1-bisphosphatase) induced exclusively in the drought-tolerant species in response to water stress. These results suggest that such proteins may play a crucial role as potential markers of water stress tolerance through the identification of species-specific proteins, and future targets for genetic engineering.