トウモロコシ RDM4 の欠失は、内精子の成熟だけでなく、生長やストレス応答性の成長における役割を示唆している

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J. Exp. Bot..2020 Jul;eraa325. doi: 10.1093/jxb/eraa325.Epub 2020-07-16.

トウモロコシ RDM4 の欠失は、内精子の成熟だけでなく、生長やストレス応答性の成長における役割を示唆している

Deletion of maize RDM4 suggests a role in endosperm maturation as well as vegetative and stress-responsive growth.

Shangang Jia
Abou Yobi
Michael J Naldrett
Sophie Alvarez
Ruthie Angelovici
Chi Zhang
David R Holding

PMID: 32667993 DOI: 10.1093/jxb/eraa325.

抄録

トウモロコシの不透明なカーネルは、OPAQUE-2 などの多くの遺伝子の変異に起因する可能性がある。本研究では、RNA-DIRECTED DNA METHYLATION 4（RDM4）のトウモロコシヌル変異体は、不透明なカーネル表現型を示し、植物の発育遅延、雄性不稔、寒冷ストレスに対する応答の変化も示した。不透明なカーネルでは、すべてのゼインタンパク質が減少し、リジンの増加を含むアミノ酸含量が変化していることを発見した。トランスクリプトーム解析とプロテオーム解析により、ゼインの減少と非ゼインタンパク質のプロテオームリバランスが確認され、不透明2とは定量的にも定性的にも異なっていた。多くの転写因子や組織特異的な発現遺伝子を含む、内胚葉および葉において、グローバルな転写変化が見られた。さらに、野生型では 8000 以上の寒冷時に有意に異なる発現を示す遺伝子のうち、rdm4 では寒冷時には有意な割合（中等度寒冷ストレスでは 25.9％、氷点下ストレスでは 40.8％）が寒冷時には異なる発現を示さなかったことから、RDM4 が生物学的ストレス耐性の調節に関与している可能性が示唆された。このトウモロコシ RDM4 の初期の特徴を明らかにしたことは、RDM4 の内胚葉および葉における機能、および正常なストレス応答性発達の調節因子としての機能をさらに研究するための基礎を提供するものである。

Opaque kernels in maize may result from mutations in many genes, such as OPAQUE-2. In this study, a maize null mutant of RNA-DIRECTED DNA METHYLATION 4 (RDM4) shows an opaque kernel phenotype, as well as plant developmental delay, male sterility, and altered response to cold stress. We found that in opaque kernels, all zein proteins were reduced and amino acid content was changed, including increased lysine. Transcriptomic and proteomic analysis confirmed the zein reduction and proteomic rebalancing of non-zein proteins, which was quantitatively and qualitatively different from opaque-2. Global transcriptional changes were found in endosperm and leaf, including many transcription factors, and tissue specific expressed genes. Furthermore, of the more than 8000 significantly differentially expressed genes in wild type in response to cold, a significant proportion (25.9% in moderate cold stress and 40.8% in near freezing stress) were not differentially expressed in response to cold in rdm4, suggesting RDM4 may participate in regulation of abiotic stress tolerance. This initial characterization of maize RDM4 provides a basis for further investigating its function in endosperm and leaf, and as a regulator of normal and stress responsive development.