Wintersweet ( L.) からの転写因子の分子クローニングと機能的特性評価

Molecular Cloning and Functional Characterization of and Transcription Factors from Wintersweet ( L.).

• Muhammad Zeshan Aslam
• Xiang Lin
• Xiang Li
• Nan Yang
• Longqing Chen

抄録

Wintersweet ( L.) は観賞用としても経済的にも重要な低木であり、そのユニークな開花特性、特に花の揮発性有機化合物を豊富に産生することで知られています。そのため、揮発性有機化合物を多く産生する新品種を創出するためには、これらの化合物の産生の分子機構を理解することが必要である。本研究では、Wintersweet H29の2つの転写因子（および）を機能的に解析し、揮発性有機化合物の産生に関与している可能性を示した。その結果、ウインタースウィートの開花期から満開期にかけて、これら2つの遺伝子の発現が増加することが明らかになり、これら2つの遺伝子がウインタースウィートの開花と香りの生産に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。ガスクロマトグラフィー-質量分析法（GC-MS）により、アラビドプシス変異体（Salk_083483）およびタバコ（Petit Havana）遺伝子型SR1の過剰発現は、花の揮発性モノテルペン、特にリナロールを有意に増加させ、生態型コロンビア0（Col-0）およびタバコ遺伝子型SR1の過剰発現は、それぞれ花のセスキテルペンβ-カリオフィレン産生を増加させた。テルペン合成酵素(TPS)遺伝子の高発現が認められた。また、ジャスモン酸メチル(MeJA)とジベレリン酸(GA3)を併用することで、リナロールの産生量が増加した。これらの結果から、ウィンタースウィートの転写因子が、トランスジェニック植物におけるモノテルペン（リナロール）とセスキテルペン（β-カリオフィレン）の正の制御と生合成に関与している可能性が示唆された。また、この研究は、揮発性の低い化合物を生産する他の花き植物の花の香りの遺伝子改変のための貴重なゲノム材料としてのウィンタースウィートの応用の可能性を示しています。

Wintersweet ( L.) is an ornamental and economically significant shrub known for its unique flowering characteristics, especially the emission of abundant floral volatile organic compounds. Thus, an understanding of the molecular mechanism of the production of these compounds is necessary to create new breeds with high volatile production. In this study, two transcription factors ( and ) of Wintersweet H29 were functionally characterized to illustrate their possible role in the production of volatile compounds. The qRT-PCR results showed that the expression of and increased from the flower budding to full bloom stage, indicating that these two genes may play an essential role in blooming and aroma production in wintersweet. Gas chromatography-mass spectroscopy (GC-MS) analysis revealed that the overexpression of in arabidopsis () mutant (Salk_083483) and tobacco () genotype Petit Havana SR1 significantly increased floral volatile monoterpene, especially linalool, while the overexpression of in ecotype Columbia-0 (Col-0) and tobacco genotype SR1 increased floral sesquiterpene β-caryophyllene production in both types of transgenic plants respectively. High expression of terpene synthase (TPS) genes in transgenic along with high expression of and in transgenic plants was also observed. The application of a combination of methyl jasmonic acid (MeJA) and gibberellic acid (GA3) showed an increment in linalool production in -overexpressing arabidopsis plants, and the high transcript level of TPS genes also suggested the involvement of in the jasmonic acid (JA) signaling pathway. These results indicate that both the transcription factors of wintersweet are possibly involved in the positive regulation and biosynthesis of monoterpene (linalool) and sesquiterpene (β-caryophyllene) in transgenic plants. This study also indicates the potential application of wintersweet as a valuable genomic material for the genetic modification of floral scent in other flowering plants that produce less volatile compounds.