蘭科胡蝶蘭の原虫発生過程におけるグリオキシル酸サイクルに関与するMALATE SYNTHASEの発現制御

Expression regulation of MALATE SYNTHASE involved in glyoxylate cycle during protocorm development in Phalaenopsis aphrodite (Orchidaceae).

• Wan-Lin Wu
• Yu-Yun Hsiao
• Hsiang-Chia Lu
• Chieh-Kai Liang
• Chih-Hsiung Fu
• Tian-Hsiang Huang
• Ming-Hsiang Chuang
• Li-Jun Chen
• Zhong-Jian Liu
• Wen-Chieh Tsai

抄録

蘭（ラン科）は血管香草の中でも最も大きな科の一つであり、その生活様式は並外れた多様性を持っています。蘭のユニークな繁殖特性は、何世紀にもわたって科学者によって魅了されています。ラン科の植物の特徴の一つは、その種子には内胚乳がないことです。蘭の種子には脂質が主なエネルギー貯蔵源として利用されている。しかし、ランの原生期における脂質利用の制御と動員については不明な点が多い。本研究では、1/2 強度 MS 培地にスクロースを添加した培地で生育した胡蝶蘭のプロトコームのトランスクリプトームを比較した。グリオキシル酸サイクルに関与する P. aphrodite MALATE SYNTHASE (PaMLS)の発現は、培養4日後（DAI）から7日後（DAI）までの間に有意に減少した。リアルタイムRT-PCRでは、P. aphrodite ISOCITRATE LYASE（PaICL）とPaMLSの両方がプロトコーム発生中にダウンレギュレーションされ、スクロース処理によって抑制された。さらに、PaMLSの発現を調節する転写因子をコードする遺伝子がいくつか同定された。その中で、ホメオボックス転写因子をコードする遺伝子（PaHB5と命名）がPaMLSの正の制御に関与していた。この研究は、ショ糖がランの非共生発芽におけるプロトコームの発生過程でグリオキシル酸サイクルを調節することを示し、リンゴ酸合成酵素の発現調節に関与する転写因子についての新たな知見を提供するものである。

Orchid (Orchidaceae) is one of the largest families in angiosperms and presents exceptional diversity in lifestyle. Their unique reproductive characteristics of orchid are attracted by scientist for centuries. One of the synapomorphies of orchid plants is that their seeds do not contain endosperm. Lipids are used as major energy storage in orchid seeds. However, regulation and mobilization of lipid usage during early seedling (protocorm) stage of orchid is not understood. In this study, we compared transcriptomes from developing Phalaenopsis aphrodite protocorms grown on 1/2-strength MS medium with sucrose. The expression of P. aphrodite MALATE SYNTHASE (PaMLS), involved in the glyoxylate cycle, was significantly decreased from 4 days after incubation (DAI) to 7 DAI. On real-time RT-PCR, both P. aphrodite ISOCITRATE LYASE (PaICL) and PaMLS were down-regulated during protocorm development and suppressed by sucrose treatment. In addition, several genes encoding transcription factors regulating PaMLS expression were identified. A gene encoding homeobox transcription factor (named PaHB5) was involved in positive regulation of PaMLS. This study showed that sucrose regulates the glyoxylate cycle during orchid protocorm development in asymbiotic germination and provides new insights into the transcription factors involved in the regulation of malate synthase expression.