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核内でコードされたDREB転写因子によるミトコンドリアorf355遺伝子発現の活性化は、トウモロコシの細胞質性雄性不稔を引き起こす
Activation of Mitochondrial orf355 Gene Expression by A Nuclear-Encoded DREB Transcription Factor Causes Cytoplasmic Male Sterility in Maize.
PMID: 32629120 DOI: 10.1016/j.molp.2020.07.002.
抄録
ミトコンドリアと核の間の調整は、細胞質性男性不稔（CMS）植物における受胎可能性の決定のために重要である。酵母のワンハイブリッドスクリーニングを用いて、我々は、大液胞期の不稔微小胞子で高発現し、ミトコンドリアでのCMS遺伝子orf355の発現を活性化する転写因子ZmDREB1.7を同定した。ZmDREB1.7の発現はアンチマイシンA処理に応答して急速に増加するが、この応答はΔpro対立遺伝子の存在下では減衰する。さらに、ミトコンドリアにおけるorf355の発現は、ミトコンドリア逆行シグナルを活性化し、そのシグナルがZmDREB1.7の発現を誘導することを明らかにした。これらの知見は、雄性不稔判定における核調節因子とミトコンドリアCMS遺伝子との間の正のフィードバック転写制御を実証し、植物における核とミトコンドリアのコミュニケーションについての洞察を提供する。
Coordination between mitochondria and nucleus is crucial for fertility determination in cytoplasmic male sterility (CMS) plant. Using yeast one-hybrid screening, we identified a transcription factor ZmDREB1.7 that is highly expressed in sterile microspores at the large vacuole stage and activates CMS gene orf355 expression in mitochondria. Δpro, a weak allele of ZmDREB1.7 promoter due to the loss of key UPR motif, partially restores male fertility of CMS-S maize. ZmDREB1.7 expression increases rapidly in response to antimycin A treatment, but this response is attenuated in the present of Δpro allele. We further show that expression of orf355 in mitochondria activates mitochondrial retrograde signal, which in turn induces ZmDREB1.7 expression. These findings demonstrate a positive feedback transcriptional regulation between nuclear regulator and mitochondrial CMS gene in male sterility determination and provide insight into nucleus-mitochondria communication in plants.
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