小麦のオーキシン受容体TIR1がFusarium graminearumに対する防御をネガティブに制御していることが、メタボローム-トランスクリプトームと機能的特性の統合的解析により明らかになった

Integrated metabolo-transcriptomics and functional characterization reveals that the wheat auxin receptor TIR1 negatively regulates defense against Fusarium graminearum.

• Peisen Su
• Lanfei Zhao
• Wen Li
• Jinxiao Zhao
• Jun Yan
• Xin Ma
• Anfei Li
• Hongwei Wang
• Lingrang Kong

抄録

Fusarium graminearum Schwabe [teleomorph Gibberella zeae (Schw.) Perch]によるFusarium head bickness (FHB)は、世界の小麦の年間生産量に大きな損失をもたらしている。小麦の FHB 耐性遺伝子は数多く同定されているが、FHB の防除には、宿主植物の F. graminearum に対する抵抗性のメカニズムをより深く理解することが必要である。本研究では、感染したコムギ（Triticum aestivum L.）のメタボロミクスとトランスクリプトミクスを統合的に解析し、フラボノイド、フェノールアミド、トリプタミン誘導体、植物ホルモンなどの異なる 789 種類の代謝物を同定した。また、F. graminearum 感染がフラボノイドやオーキシンのシグナル伝達に及ぼす影響についてのデータを得たことから、外因性のカエンフェリドやアピゲニンのスパイクへの散布は小麦の FHB に対する抵抗性を高め、外因性のオーキシン処理は小麦の FHB に対する感受性を高めることが示された。また、オーキシン受容体TaTIR1をコードする遺伝子をRNAiでノックダウンすると、FHB抵抗性が増加した。これらのデータは、オーキシン受容体をコードする TaTIR1 のノックダウンが FHB の制御に有効であることを裏付けるものであった。本研究は、小麦のF. graminearum感染に対する応答とそのFHB抵抗性メカニズムに関する知見を提供するとともに、作物改良プログラムにおけるFHB抵抗性の向上にTaTIR1のノックダウンが有効であることを示している。この論文は著作権で保護されています。すべての権利を保有しています。

Fusarium head blight (FHB) caused by Fusarium graminearum Schwabe [teleomorph Gibberella zeae (Schw.) Perch] results in large yield losses in annual global wheat production. Although studies have identified a number of wheat FHB resistance genes, a deeper understanding of the mechanisms underlying host plant resistance to F. graminearum is required for the control of FHB. Here, an integrated metabolomics and transcriptomics analysis of infected wheat plants (Triticum aestivum L.) enabled identification of 789 differentially accumulated metabolites, including flavonoids, phenolamides, tryptamine derivatives, and phytohormones, and revealed altered expression of more than 100 genes that function in the biosynthesis or regulation of these pathways. Our data regarding the effects of F. graminearum infection on flavonoids and auxin signaling led to follow-up experiments that showed that exogenous kaempferide and apigenin application on spikes increased wheat resistance to FHB, while exogenous auxin treatment increased FHB susceptibility. RNAi-mediated knockdown of the gene encoding the auxin receptor, TaTIR1, increased FHB resistance. Our data supported the use of TaTIR1 knockdown in controlling FHB. Our study provides insights on the wheat response to F. graminearum infection and its FHB resistance mechanisms while illustrating the potential of TaTIR1 knockdown in increasing FHB resistance during crop improvement programs. This article is protected by copyright. All rights reserved.

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