アカカエデの光合成色素のメタボロームとトランスクリプトームの複合解析

Combined metabolome and transcriptome analyses of photosynthetic pigments in red maple.

• Xiaoyu Lu
• Zhu Chen
• Junlan Gao
• Songling Fu
• Hongrui Hu
• Jie Ren

抄録

葉の色は、主に様々な色素の含有量と割合に影響される。光合成色素は様々な色を呈するだけでなく、植物の生理活動の鍵を握っている。本研究では、赤カエデのクロロフィルとカロテノイドの生合成機構とその相互作用を詳細に解明するために、赤カエデ突然変異体の緑葉、赤葉、黄葉を対象に、トランスクリプトームおよびメタボロームプロファイリングを行った。クロロフィル経路では、ArPOR1, ArCLH2, ArCLH4がクロロフィルaを正に制御し、緑葉でクロロフィルaを支配的な色素としたのに対し、ArNOL8とArNOL14はクロロフィル合成を負に制御していた。カロテノイド経路では、ArLUT5-1とArLUT5-4の正の制御下では、葉の緩やかな老化の過程でカロテノイドの合成がα枝からβ枝へと変化した。統合データ解析により、カロテノイドとクロロフィルの生合成を直接協調させる遺伝子を得た。本論文の成果は、今後のアカカエデの遺伝子と代謝産物の相関関係に関する研究のための貴重なリソースとなるとともに、葉植物の色の改善を促進するための基礎情報を提供するものと考えています。

Leaf color is affected primarily by the content and proportion of various pigments. Not only do photosynthetic pigments display various colors, they are also key to the physiological activities of plants. To precisely elucidate the mechanisms of chlorophyll and carotenoid biosynthesis and their interactions in red maple, transcriptomic and metabolomic profiling were performed on green, red and yellow leaves from a selected red maple mutant. In the chlorophyll pathway, ArPOR1, ArCLH2, and ArCLH4 positively regulated chlorophyll a, and made it the dominant pigment in green leaves, whereas ArNOL8 and ArNOL14 negatively regulated chlorophyll synthesis. In the carotenoid pathway, under the positive regulation of ArLUT5-1 and ArLUT5-4, the synthesis of carotenoids changed from α-branch to β-branch during the gradual senescence of leaves. Through integrated data analysis, we obtained genes that directly coordinated between carotenoid and chlorophyll biosynthesis. Ultimately, the results of this paper will be a valuable resource for future research on gene-to-metabolite correlations in red maple, and provide basic information toward facilitating the improvement of color in foliage plants.

Copyright © 2020. Published by Elsevier Masson SAS.