茶植物カメリアシネンシスの黄葉変異に関連した光合成アンテナタンパク質の発現抑制遺伝子のバルク化セグメンテーションRNA-seqによる解明

Repressed Gene Expression of Photosynthetic Antenna Proteins Associated with Yellow Leaf Variation as Revealed by Bulked Segregant RNA-seq in Tea Plant Camellia sinensis.

• Jun-Ya Wang
• Jie-Dan Chen
• Song-Lin Wang
• Liang Chen
• Chun-Lei Ma
• Ming-Zhe Yao

抄録

アルビノ茶の若葉や新芽は、通常、黄色や淡い色をしており、アミノ酸が多く、カテキンが少ないのが特徴です。アルビノ茶は一般的にうま味が強く、渋みが少ないことから、近年注目されています。しかし、アルビノ茶品種の黄葉変異の遺伝的メカニズムは明らかにされていませんでした。本研究では、葉色変異集団から得られた黄葉と緑葉の交配子孫をバルク化したものを対象に、バルク化偏析RNA-seq（BSR-seq）を行った。黄色と緑のハイブリッドバルク化群（Yf vs. Gf）と親植物（Yp vs. Gp）では、それぞれ359個と1134個の異なる発現遺伝子（DEG）が同定された。Yf vs. Gfでは、Yp vs. Gpに比べてDEGの数が有意に少ないことから、同じ雑種子孫内でも個体差が小さくなる可能性があることが示唆された。遺伝子オントロジーと京都大百科事典の解析により、光合成アンテナタンパク質は、バルク化群とその親のいずれかで最も有意に濃縮されていることが明らかになった。光捕集性クロロフィルa/b-b結合タンパク質（LHC）、ヒートショックタンパク質（HSP）、キューティクル形成に関与する酵素の間で相互作用が見られた。また、LHCをコードする遺伝子が抑制されていることが、黄葉茶植物の葉緑体発生異常と密接に関連していることが明らかになった。さらに、HSPタンパク質の相互作用やキューティクル形成に関与する遺伝子が持つ光保護や光ストレス応答についても検討した。DEGの発現プロファイルは、バルク化したサンプルと他のF1個体の定量的リアルタイムPCR解析により検証した。以上のことから、本研究では黄葉茶の葉色変化を制御する主要遺伝子に焦点を当てた研究を行うことができた。

The young leaves and shoots of albino tea cultivars are usually characterized as having yellow or pale color, high amino acid, and low catechin. Increasing attention has been paid to albino tea cultivars in recent years, because their tea generally shows high umami and reduced astringency. However, the genetic mechanism of yellow-leaf variation in albino tea cultivar has not been elucidated clearly. In this study, bulked segregant RNA-seq (BSR-seq) was performed on bulked yellow- and green-leaf hybrid progenies from a leaf color variation population. A total of 359 and 1134 differentially expressed genes (DEGs) were identified in the yellow and green hybrid bulked groups (Yf vs. Gf) and parent plants (Yp vs. Gp), respectively. The significantly smaller number of DEGs in Yf vs. Gf than in Yp vs. Gp indicated that individual differences could be reduced within the same hybrid progeny. Analysis of Gene Ontology and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes revealed that photosynthetic antenna protein was most significantly enriched in either the bulked groups or their parents. Interaction was found among light-harvesting chlorophyll a/b -binding proteins (LHC), heat shock proteins (HSPs), and enzymes involved in cuticle formation. Combined with the transcriptomic expression profile, results showed that the repressed genes encoding LHC was closely linked to aberrant chloroplast development in yellow-leaf tea plants. Furthermore, the photoprotection and light stress response possessed by genes involved in HSP protein interaction and cuticle formation were discussed. The expression profile of DEGs was verified via quantitative real-time PCR analysis of the bulked samples and other F1 individuals. In summary, using BSR-seq on a hybrid population eliminated certain disturbing effects of genetic background and individual discrepancy, thereby helping this study to intensively focus on the key genes controlling leaf color variation in yellow-leaf tea plants.