トランスクリプトーム解析により、Cucumis sativus L.のFusarium oxysporum f. sp. cucumerinum感染に対するエチレンを媒介とした防御反応が明らかになった

Transcriptome analysis reveals ethylene-mediated defense responses to Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum infection in Cucumis sativus L.

• Jingping Dong
• Yuean Wang
• Qianqian Xian
• Xuehao Chen
• Jun Xu

抄録

背景:

Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum（Foc）によって引き起こされるフザリウム萎凋病は、世界中のキュウリ（Cucumis sativus L.）の生産に影響を与える重篤な病気であるが、キュウリにおけるフザリウム萎凋病抵抗性の基盤となるメカニズムは未だ不明である。Foc 接種に対する防御機構をよりよく理解するために、Foc 接種後 0、24、48、96、192 時間後のフザリウム萎凋病抵抗性キュウリ系統「Rijiecheng」の応答の RNA シーケンシングに基づくトランスクリプトームプロファイリングを行った。

BACKGROUND: Fusarium wilt, caused by Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum (Foc), is a severe disease affecting cucumber (Cucumis sativus L.) production worldwide, but mechanisms underlying Fusarium wilt resistance in cucumber remain unknown. To better understand of the defense mechanisms elicited in response to Foc inoculation, RNA sequencing-based transcriptomic profiling of responses of the Fusarium wilt-resistant cucumber line 'Rijiecheng' at 0, 24, 48, 96, and 192 h after Foc inoculation was performed.

結果:

接種後0hとそれ以外の時間帯で発現が異なる4116個の遺伝子を同定した。差分発現した遺伝子の中からエチレン関連遺伝子と発病関連遺伝子を全てフィルターアウトした。リアルタイムPCR解析の結果、エチレン関連遺伝子はFoc感染に応答して誘導された。重要なことは、Foc感染後、エチレンのドナーであるエテフォンを外因性に散布すると、エチレン関連遺伝子が高度に発現したことである。Foc 接種に伴う外因性エテフォン処理に応答して、キュウリ苗の感染抵抗性が増強され、内因性エチレン生合成が劇的に増加した。

RESULTS: We identified 4116 genes that were differentially expressed between 0 h and other time points after inoculation. All ethylene-related and pathogenesis-related genes from the differentially expressed genes were filtered out. Real-time PCR analysis showed that ethylene-related genes were induced in response to Foc infection. Importantly, after Foc infection and exogenous application of ethephon, a donor of ethylene, the ethylene-related genes were highly expressed. In response to exogenous ethephon treatment in conjunction with Foc inoculation, the infection resistance of cucumber seedlings was enhanced and endogenous ethylene biosynthesis increased dramatically.

結論:

まとめると、エチレンシグナル伝達経路は、Foc感染に対するキュウリの防御反応を調節する上で積極的な役割を果たしている。これらの結果は、キュウリのフザリウム萎凋病の防御機構を解明するとともに、フザリウム萎凋病に対する耐性を向上させたキュウリの新品種を育種するための貴重な情報を提供するものである。

CONCLUSION: Collectively, ethylene signaling pathways play a positive role in regulating the defense response of cucumber to Foc infection. The results provide insight into the cucumber Fusarium wilt defense mechanisms and provide valuable information for breeding new cucumber cultivars with enhanced Fusarium wilt tolerance.