MdMYB88およびMdMYB124によるフェニルプロパノイド生合成の制御は、リンゴの病原体および干ばつ抵抗性に寄与している

Regulation of phenylpropanoid biosynthesis by MdMYB88 and MdMYB124 contributes to pathogen and drought resistance in apple.

• Dali Geng
• Xiaoxia Shen
• Yinpeng Xie
• Yusen Yang
• Ruiling Bian
• Yuqi Gao
• Pengmin Li
• Liying Sun
• Hao Feng
• Fengwang Ma
• Qingmei Guan

抄録

MdMYB88 および MdMYB124 は、りんごの乾燥ストレス下でのリグニン蓄積に関与していることが示されている。本研究では、メタボローム解析手法を用いて、りんごの根に蓄積されるフェニルアラニンとフラボノイドの代謝物を、対照および長期の干ばつストレス条件下でのRNAi遺伝子導入植物において、異なる蓄積量を同定した。また、MdMYB88 と MdMYB124 によるフェニルアラニンの制御を UPLC-MS で確認した。EMSA（Electrophoretic Mobility Shift Assay）および ChIP-quantitative PCR（qPCR）解析により、MdMYB88 がフェニルアラニン生合成に関与する MdCM2 遺伝子のプロモーター領域に結合することで、MdMYB124 がフェニルアラニンを正に制御していることを明らかにした。また、長期干ばつ条件下では、RNAi 株では一貫して HO および MDA の蓄積量が増加し、過剰発現株では HO および MDA の蓄積量が減少した。また、長期干ばつストレス後のりんご植物およびトランスジェニック植物の葉におけるフェニルプロパノイド生合成経路の代謝物の蓄積を調べた。その結果、植物防御に関与するフェニルプロパノイドやフラボノイドなどの代謝物の蓄積量は、RNAi 株では少ないが、過剰発現株では対照および干ばつ条件下で多く蓄積されることがわかった。さらに、RNAi 株はリンゴの生産を脅かす病原菌である f. sp. と , にもより敏感であることを明らかにした。対照的に、RNAi と過剰発現株はこれらの病原体に対してより耐性があることが示された。本研究の結果は、MdMYB88 と MdMYB124 による二次代謝物の制御の証拠となり、MdMYB88 と MdMYB124 の干ばつ抵抗性における分子的役割をさらに説明し、病害抵抗性におけるこれらの役割の分子的側面に関する情報を提供した。

MdMYB88 and MdMYB124 have been demonstrated to be responsible for lignin accumulation in apple under drought stress. In this study, using a metabolomic approach, we identified differentially accumulated phenylpropanoid and flavonoid metabolites in transgenic RNAi plants under control and long-term drought stress conditions in apple roots. We confirmed the regulation of phenylalanine by MdMYB88 and MdMYB124 via UPLC-MS in apple roots under both control and drought conditions. Using Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA) and ChIP-quantitative PCR (qPCR) analyses, we found that MdMYB88 positively regulates the MdCM2 gene, which is responsible for phenylalanine biosynthesis, through binding to its promoter region. Under long-term drought conditions, RNAi plants consistently accumulated increased amounts of HO and MDA, while and overexpression plants accumulated decreased amounts of HO and MDA. We also examined the accumulation of metabolites in the phenylpropanoid biosynthesis pathway in the leaves of and transgenic apple plants after long-term drought stress. We found that metabolites responsible for plant defense, including phenylpropanoids and flavonoids, accumulated less in the RNAi plants but more in the overexpression plants under both control and drought conditions. We further demonstrated that RNAi plants were more sensitive to f. sp. and , two pathogens that currently severely threaten apple production. In contrast, and overexpression plants were more tolerant to these pathogens. The cumulative results of this study provided evidence for secondary metabolite regulation by MdMYB88 and MdMYB124, further explained the molecular roles of MdMYB88 and MdMYB124 in drought resistance, and provided information concerning molecular aspects of their roles in disease resistance.

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