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RNAseq 解析により、NaCl ストレス下で栽培されたキャノーラ（L.）の選択的イオンの摂取量に差が生じる主要なイオントランスポーターの発現変化が明らかになった
RNAseq Analysis Reveals Altered Expression of Key Ion Transporters Causing Differential Uptake of Selective Ions in Canola ( L.) Grown under NaCl Stress.
PMID: 32674475 DOI: 10.3390/plants9070891.
抄録
塩分濃度は、世界中で蔓延している主要な生物学的ストレスの一つであり、作物の確立と生産を著しく制限しています。すべての作物は、変動する環境条件に対処するための特異的な遺伝的変異を持っています。したがって、この遺伝的多様性は、塩害を受けた地域の遺伝子を利用するための良いツールとなります。さらに、選択された品種は、植物育種家や分子生物学者が塩分耐性の改善のために有効に利用することができる。本研究では、塩ストレス下での異なるイオンの選択的取り込みに関連する遺伝子の発現の違いを明らかにすることを目的として、塩ストレス下での異なるイオンの選択的取り込みに関連する遺伝子の発現の違いを明らかにすることを目的として、塩ストレス下での異なるイオンの選択的取り込みに関連する遺伝子の発現の違いを明らかにすることを目的として、塩ストレス下での異なるイオンの選択的取り込みに関連する遺伝子の発現の違いを明らかにすることを目的として、塩ストレス下での異なるイオンの選択的取り込みに関連する遺伝子の発現の違いを明らかにすることを目的として、塩ストレス下での異なるイオンの選択的取り込みに関連する遺伝子の発現の違いを明らかにすることを目的として、塩ストレス下での異なるイオンの選択的取り込みに関連する遺伝子の発現の違いを明らかにすることを目的として、塩ストレス下での異なるイオンの選択的取り込みに関連する遺伝子の発現の違いを明らかにすることを目的とした実験を実施した。この目的のために、塩ストレスに敏感な品種と塩ストレスに耐性のある品種の生長応答を評価するための実験を行った。植物は200mMのNaClストレスにさらされた。その結果、サイクロン、Ac-EXcel、レジェンド、オスカーの各品種は、サイクロン、Ac-EXcel、レジェンド、オスカーの各品種よりも高い生育を示し、塩分耐性品種は、サイクロン、Ac-EXcel、レジェンド、オスカーの各品種よりも高い生育を示した。耐塩性品種は塩に敏感な品種と比較して、浸透圧の調整により植物の水分状態を維持する能力が高かった。塩ストレスはすべてのキャノーラ品種でシュートの Na とシュートの Cl 含量を増加させたが、耐塩性品種ではこれらの有毒栄養素の蓄積が低かった。同様に、塩ストレスはすべてのキャノーラ品種でシュートの K と Ca 含量を減少させたが、塩分耐性品種では葉への K と Ca の蓄積が高く、シュートの K/Na と Ca/Na の比率が高かった。塩ストレスによる栄養利用効率の低下はすべてのキャノーラ品種で顕著であったが、耐塩性品種であるファイサルカノーラ、DGL、ダンクルドでは高い値を示した。塩ストレス耐性品種の中で、Dunkled は生理的属性が最大であったため、次世代シークエンシング（NGS）法を用いた RNA-seq 解析により、差異発現遺伝子（DEG）を評価した。塩ストレス下での cv Dunkled の異なる発現遺伝子（DEG）は，イオン濃度，光合成，抗酸化，ホルモン代謝の調節に関与していることがわかった。しかし、最も顕著に発現が増加しているDEGは、Na/Kトランスポーター、HKT1、カリウムトランスポーター、カリウムチャネル、塩化物チャネル、陽イオン交換体、Caチャネルであった。RNA-seqデータはqRT-PCRにより検証された。以上のことから、塩ストレス下では、イオン性濃縮物の調節に関連する遺伝子が、栽培品種Dunkledにおいて有意に発現が増加していることが結論づけられた。
Salinity is one of the major abiotic stresses prevailing throughout the world that severely limits crop establishment and production. Every crop has an intra-specific genetic variation that enables it to cope with variable environmental conditions. Hence, this genetic variability is a good tool to exploit germplasms in salt-affected areas. Further, the selected cultivars can be effectively used by plant breeders and molecular biologists for the improvement of salinity tolerance. In the present study, it was planned to identify differential expression of genes associated with selective uptake of different ions under salt stress in selected salt-tolerant canola ( L.) cultivar. For the purpose, an experiment was carried out to evaluate the growth response of different salt-sensitive and salt-tolerant canola cultivars. Plants were subjected to 200 mM NaCl stress. Canola cultivars-Faisal Canola, DGL, Dunkled, and CON-II-had higher growth than in cvs Cyclone, Ac-EXcel, Legend, and Oscar. Salt-tolerant cultivars were better able to maintain plant water status probably through osmotic adjustment as compared to salt-sensitive cultivars. Although salt stress increased shoot Na and shoot Cl contents in all canola cultivars, salt-tolerant cultivars had a lower accumulation of these toxic nutrients. Similarly, salt stress reduced shoot K and Ca contents in all canola cultivars, while salt-tolerant cultivars had a higher accumulation of K and Ca in leaves, thereby having greater shoot K/Na and Ca/Na ratios. Nutrient utilization efficiency decreased significantly in all canola cultivars due to the imposition of salt stress; however, it was greater in salt-tolerant cultivars-Faisal Canola, DGL, and Dunkled. Among four salt-tolerant canola cultivars, cv Dunkled was maximal in physiological attributes, and thus differentially expressed genes (DEGs) were assessed in it by RNA-seq analysis using next-generation sequencing (NGS) techniques. The differentially expressed genes (DEG) in cv Dunkled under salt stress were found to be involved in the regulation of ionic concentration, photosynthesis, antioxidants, and hormonal metabolism. However, the most prominent upregulated DEGs included Na/K transporter, HKT1, potassium transporter, potassium channel, chloride channel, cation exchanger, Ca channel. The RNA-seq data were validated through qRT-PCR. It was thus concluded that genes related to the regulation of ionic concentrate are significantly upregulated and expressed under salt stress, in the cultivar Dunkled.