WRKY42転写因子は、シロイヌナズナのSAとROS合成を調節することで葉の老化を正に制御していることが明らかになった

WRKY42 transcription factor positively regulates leaf senescence through modulating SA and ROS synthesis in Arabidopsis thaliana.

• Fangfang Niu
• Xing Cui
• Peiyu Zhao
• Mengting Sun
• Bo Yang
• Michael K Deyholos
• Ye Li
• Xinjie Zhao
• Yuan-Qing Jiang

抄録

葉の老化は葉の成長と発達の最終段階を表し、その発症と進行は厳密に制御されています。しかし、その制御機構はほとんどわかっていません。本研究では、WRKY42 が葉の老化に大きく関与していることを明らかにした。WRKY42 の機能を失った変異体では葉の老化が遅れるのに対し、WRKY42 を過剰に発現させると老化が促進された。WRKY42を過剰発現させた植物では、サリチル酸（SA）や活性酸素種（ROS）の合成に関与する遺伝子や、いくつかの老化関連遺伝子（SAG）を含む、野生型とWRKY42過剰発現植物の間で2,721個の異なる発現遺伝子が検出された。さらに、WRKY42は、イソコリスメート合成酵素1（ICS1）、呼吸器バーストオキシダーゼホモログF（RbohF）、およびいくつかのSAG遺伝子の転写を活性化した。これらの遺伝子の発現は WRKY42 変異体では低下したが、WRKY42 を過剰発現させたトランスジェニックシロイヌナズナでは顕著に増加した。インビトロ電気泳動モビリティシフトアッセイ（EMSA）とインビボクロマチン免疫沈降法およびデュアルルシフェラーゼアッセイの両方で、WRKY42はICS1、RbohFおよびいくつかのSAGのプロモーターに直接結合し、それらの発現を活性化することが実証された。さらに遺伝子解析の結果、ICS1とRbohFの変異は、WRKY42の過剰発現によって誘発される早期老化表現型を抑制することが明らかになった。このように、WRKY42は、ICS1、RbohF、SAGの転写を直接活性化することで、種子の収量を低下させることなく、葉の老化を積極的に制御する新規な転写因子であることが明らかになった。

Leaf senescence represents the final stage of leaf growth and development, and its onset and progression are strictly regulated. However, the underlying regulatory mechanisms remain largely unknown. In this study we found that WRKY42 was highly induced during leaf senescence. Loss-of-function wrky42 mutants showed delayed leaf senescence while overexpression of WRKY42 accelerated senescence. Transcriptome analysis revealed 2,721 differentially expressed genes between wild type and WRKY42-overexpressing plants, including those whose encoded proteins are involved in salicylic acid (SA) and reactive oxygen species (ROS) synthesis as well as several senescence-associated genes (SAGs). Moreover, WRKY42 activated the transcription of Isochorismate Synthase 1 (ICS1), Respiratory burst oxidase homolog F (RbohF) and a few SAG genes. Consistently, expression of these genes were reduced in wrky42 mutants but markedly increased in transgenic Arabidopsis overexpressing WRKY42. Both in vitro electrophoretic mobility shift assays (EMSA) and in vivo chromatin immunoprecipitation and dual-luciferase assays demonstrated that WRKY42 directly bound to the promoters of ICS1, RbohF as well as a few SAGs to activate their expression. Genetic analysis further showed that mutations of ICS1 and RbohF suppressed the early senescence phenotype evoked by WRKY42 overexpression. Thus, we have identified WRKY42 as a novel transcription factor positively regulating leaf senescence by directly activating the transcription of ICS1, RbohF and SAGs, without seed yield penalty.

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