Nudix hydrolase遺伝子ファミリーにおける機能の多様化が、Rosa x wichuranaのセスキテルペン生合成を促進している

Functional diversification in the Nudix hydrolase gene family drives sesquiterpene biosynthesis in Rosa x wichurana.

• Pulu Sun
• Clément Dégut
• Stéphane Réty
• Jean-Claude Caissard
• Laurence Hibrand-Saint Oyant
• Aurélie Bony
• Saretta N Paramita
• Corentin Conart
• Jean-Louis Magnard
• Julien Jeauffre
• Ahmed M Abd-El-Haliem
• Jordan Marie-Magdelaine
• Tatiana Thouroude
• Raymonde Baltenweck
• Carine Tisné
• Fabrice Foucher
• Michel Haring
• Philippe Hugueney
• Robert C Schuurink
• Sylvie Baudino

抄録

バラはNudix hydrolase RhNUDX1という非定型的な経路を用いてモノテルペン、特にゲラニオールを合成している。ここでは、バラ栽培品種Rosa x wichuranaの別の発現NUDX1遺伝子RwNUDX1-2の特徴を報告する。RwNUDX1-2タンパク質の機能を調べるために、R. chinensis cv. 'Old Blush'とR. x wichuranaを交配して得られたF-progenyの揮発性プロファイルを分析した。その結果、RwNUDX1-2は他のセスキテルペノイドに加え、特にE,E-ファルネソールの生合成に関与していることが明らかになった。RwNUDX1-2遺伝子のインビトロ酵素アッセイおよび異種プランタでの機能的特徴付けは、この結果を裏付けるものであった。子孫のE,E-ファルネソール含有量のデータと遺伝子マーカーに基づいて構築された遺伝地図を用いて、定量的形質座（QTL）解析を行った。その結果、RwNUDX1-2遺伝子はE,E-ファルネソール含量のQTLと共局在しており、R. x wichuranaにおけるセスキテルペノイド生合成に機能していることが確認された。最後に、バラNUDXタンパク質の基質特異性の構造基盤を理解するために、RhNUDX1タンパク質を結晶化し、その構造を1.7Åまで精密化した。バラNUDX1タンパク質とそれぞれの基質との複合体の分子モデル化により、バラNUDX1タンパク質による基質識別の構造的基盤が提案された。

Roses use a non-canonical pathway involving a Nudix hydrolase, RhNUDX1, to synthesize their monoterpenes, especially geraniol. Here we report the characterization of another expressed NUDX1 gene from the rose cultivar Rosa x wichurana, RwNUDX1-2. In order to study the function of the RwNUDX1-2 protein, we analysed the volatile profiles of an F -progeny generated by crossing R. chinensis cv. 'Old Blush' with R. x wichurana. A correlation test of the volatilomes with gene expression data revealed that RwNUDX1-2 is involved in the biosynthesis of a group of sesquiterpenoids: especially E,E-farnesol in addition to other sesquiterpenes. In vitro enzyme assays and heterologous in planta functional characterization of the RwNUDX1-2 gene corroborated this result. A quantitative trait locus (QTL) analysis was performed using the data of E,E-farnesol contents in the progeny and a genetic map constructed based on gene markers. The RwNUDX1-2 gene co-localized with the QTL for E,E-farnesol content, thereby confirming its function in sesquiterpenoid biosynthesis in R. x wichurana. Finally, in order to understand the structural bases for the substrate specificity of rose NUDX proteins, the RhNUDX1 protein was crystallized, and its structure was refined to 1.7 Å. By molecular modelling of different rose NUDX1 protein complexes with their respective substrates, a structural basis for substrate discrimination by rose NUDX1 proteins is proposed.

This article is protected by copyright. All rights reserved.