炭疽病抵抗性の増強は、キャッサバにおける抗菌ペプチド遺伝子の潜在的な役割を示唆している

Enhancing of anthracnose disease resistance indicates a potential role of antimicrobial peptide genes in cassava.

• Pattaraporn Hormhuan
• Unchera Viboonjun
• Punchapat Sojikul
• Jarunya Narangajavana

抄録

キャッサバ（Manihot esculenta Crantz.キャッサバを食品、飼料、バイオ燃料産業に利用する需要が世界的に増加している。キャッサバの生産においては、Colletotrichum gloeosporioides f.sp. manihotis (CAD)によるキャッサバ炭疽病が大きな問題とされている。本研究では、このような病気の影響を最小限に抑えるために、キャッサバのCADによる攻撃に対する反応を調べ、植物がどのようにしてこの脅威から身を守るのかを調べた。抗菌ペプチド遺伝子（AMP）のゲノムワイドな同定と真菌感染に対する応答性の発現を、高感受性品種（Hanatee;HN）と比較した耐性キャッサバ栽培品種（Huay Bong 60;HB60）で行った。キャッサバゲノムデータベースでは、合計114のAMP遺伝子メンバーが同定された。系統樹の構築とプロモーター領域のシス作用遺伝子の解析のために56の遺伝子メンバーを選択した。その結果、6つの候補遺伝子の発現プロファイルが、両品種のキャッサバのCAD感染に応答して異なることが明らかになった。HB60ではスナキン，MeSN1，MeSN2の発現が認められたが，HNではMeHEL，Me-AMP-D2，MeLTP2の発現が高率に誘導された。MeLTP1遺伝子はいずれの品種でも発現しなかった。HB60はHNに比べてCAD感染後の重症度評価が低下していた。また，真菌CADの生体膜透過性試験では，CAD感染HB60由来のタンパク質抽出物で処理すると強く影響を受けた。以上の結果から、スナキンがキャッサバのCAD防御反応に関与している可能性が示唆された。これらの結果は、真菌病原体と戦うためのキャッサバの改良プログラムに役立つ可能性がある。

Cassava (Manihot esculenta Crantz.) is an important economic crop in tropical countries. Demands for using cassava in food, feed and biofuel industries have been increasing worldwide. Cassava anthracnose disease, caused by Colletotrichum gloeosporioides f.sp. manihotis (CAD), is considered a major problem in cassava production. To minimize the effects of such disease, this study investigated the response of cassava to attack by CAD and how the plants defend themselves against this threat. Genome-wide identification of antimicrobial peptide genes (AMPs) and their expression in response to fungal infection was performed in the resistant cassava cultivar (Huay Bong 60; HB60) in comparison with the highly susceptible cultivar (Hanatee; HN). A total of 114 gene members of AMP were identified in the cassava genome database. Fifty-six gene members were selected for phylogenetic tree construction and analysis of putative cis-acting elements in their promoter regions. Differential expression profiles of six candidate genes were observed in response to CAD infection of both cassava cultivars. Upregulation of snakins, MeSN1 and MeSN2 was found in HB60, whereas MeHEL, Me-AMP-D2 and MeLTP2 were highly induced in HN. The MeLTP1 gene was not expressed in either cultivar. HB60 showed a reduced severity rating in comparison to HN after CAD infection. The biomembrane permeability test of fungal CAD was strongly affected after treatment with protein extract derived from CAD-infected HB60. Altogether, these findings suggest that snakins have a potential function in the CAD defense response in cassava. These results could be useful for cassava improvement programs to fight fungal pathogen.