フェニルプロパノイド経路の変化は、ポプラの菌根共生能力と根節線虫の感受性に影響を与えている

Alterations in the phenylpropanoid pathway affect poplar ability for ectomycorrhizal colonisation and susceptibility to root-knot nematodes.

• Marc Behr
• Fabien Baldacci-Cresp
• Annegret Kohler
• Kris Morreel
• Geert Goeminne
• Rebecca Van Acker
• Claire Veneault-Fourrey
• Adeline Mol
• Gilles Pilate
• Wout Boerjan
• Janice de Almeida Engler
• Mondher El Jaziri
• Marie Baucher

抄録

本研究では、モノリグノール生合成経路の変化が、ポプラの根と相互作用する菌根菌や病原性の根節線虫とのin vitro相互作用の確立に与える影響を調査した。全体的に，カフェイル-CoA O-メチルトランスフェラーゼ（CCoAOMT），カフェ酸O-メチルトランスフェラーゼ（COMT），シンナモイル-CoA還元酵素（CCR），シンナミルアルコール脱水素酵素（CAD），またはCOMTとCADの両方でダウンレギュレーションされた5つのトランスジェニック系統は，菌根のコロニー化率が低く，野生型に比べて相互作用を確立する能力が低いことが示された。また，根節線虫感染に対する感受性は5系統で変動し，CAD欠損系統は野生型に比べて感受性が低いことが明らかになった。これらの表現型の違いについては，CAD欠損株と野生株の根の間で代謝プロファイルや遺伝子発現パターンに大きな変化が見られたことを踏まえて議論する。また、トレハロース代謝、植物ホルモン、細胞壁構築に関連する遺伝子が、これら2つの系統間の菌根共生効率や線虫感受性の違いに関与していることが示唆された。これらの結果から、フェニルプロパノイド経路内の1つの遺伝子の抑制による植物の代謝の変化は、根レベルでの相互作用や病原性の仲間への反応に大きな変化をもたらすことが明らかになった。これらの変化は、ポプラなどの多年生産業作物にとって経済的に重要な植物の体力とバイオマス生産を制約する可能性がある。

This study investigates the impact of the alteration of the monolignol biosynthesis pathway on the establishment of the in vitro interaction of poplar roots either with a mutualistic ectomycorrhizal fungus or with a pathogenic root-knot nematode. Overall, the five studied transgenic lines downregulated for caffeoyl-CoA O-methyltransferase (CCoAOMT), caffeic acid O-methyltransferase (COMT), cinnamoyl-CoA reductase (CCR), cinnamyl alcohol dehydrogenase (CAD) or both COMT and CAD displayed a lower mycorrhizal colonisation percentage, indicating a lower ability for establishing mutualistic interaction than the wild-type. The susceptibility to root-knot nematode infection was variable in the five lines, and the CAD-deficient line was found to be less susceptible than the wild-type. We discuss these phenotypic differences in the light of the large shifts in the metabolic profile and gene expression pattern occurring between roots of the CAD-deficient line and wild-type. A role of genes related to trehalose metabolism, phytohormones, and cell wall construction in the different mycorrhizal symbiosis efficiency and nematode sensitivity between these two lines is suggested. Overall, these results show that the alteration of plant metabolism caused by the repression of a single gene within phenylpropanoid pathway results in significant alterations, at the root level, in the response towards mutualistic and pathogenic associates. These changes may constrain plant fitness and biomass production, which are of economic importance for perennial industrial crops such as poplar.