RNA-seqを用いた2つのLonicera japonica Thunb.品種の花の発生過程における花トリソームの発生を明らかにした比較トランスクリプトーム解析

Comparative transcriptomics analysis revealing flower trichome development during flower development in two Lonicera japonica Thunb. cultivars using RNA-seq.

• Jianjun Li
• Chenglin Ye
• Cuifang Chang

抄録

背景:

Lonicera japonica Thunb.(L. japonica)は、暑気払いや解毒作用、広汎な抗菌作用、抗ウイルス作用などの機能を持っている。抗炎症薬や風邪薬の70％以上の漢方薬に含まれています。トリコームは特殊な多細胞構造をしており、二次代謝物を合成して分泌し、植物を生物学的・生物学的ストレスから保護する能力を持っています。トリコームの分泌物の抽出には大きな商業的価値がある。しかし、トリコーム形成機構については、ほとんど知られていない。したがって、異なる品種間でのトリコーム形成の研究は、適切な植栽資源を選択するための基礎となる。

BACKGROUND: Lonicera japonica Thunb. (L. japonica) has the functions of clearing away heat and detoxifying, broad-spectrum antibacterial and anti-virus, etc. More than 70% of anti-inflammatory and cold Chinese patent medicines contain L. japonica. Trichomes comprise specialized multicellular structures that have the capacity to synthesize and secrete secondary metabolites and protect plants from biotic and abiotic stresses. The extraction of trichome secretions has great commercial value. However, little is known about the trichome formation mechanism in L. japonica. Therefore, the study of trichome development between different varieties provides a basis for selecting suitable planting resources.

結果:

本研究では、開花期のトリコーム発生過程における生物学的プロセスと機能的遺伝子活性の解明を目指して、2つの品種間でゲノムワイドな比較トランスクリプトーム解析を行った。本研究では、花トリコームの密度と平均長さが最も高いのは三緑期であった（S2）。Illumina RNA-Seq法を用いて、134,304個のユニ遺伝子を得たが、そのうち33,733個が異なる発現をしていた。また、三毛の発生に関与する40個の異なる発現を持つウニゲネ（DEG）の解析では、そのうち29個が転写因子であった。植物ホルモンシグナル伝達のDEGs解析から、植物の成長・発達はジベレリン(GA)とサイトカイニン(CTK)シグナル伝達経路に依存しない可能性があり、植物ストレスはジャスモン酸(JA)とエチレン(ET)シグナル伝達経路に依存しない可能性があることが示唆された。花の香り、味、色、植物ホルモンの生合成に関わるいくつかの遺伝子をスクリーニングし、セスキテルペノイド、トリテルペノイド、モノテルペノイド、フラボノイド、植物ホルモンの生合成経路を提案した。さらに、82個のDEGを細胞周期に割り当て、2616個のDEGを植物抵抗性遺伝子（PRG）として予測した。

RESULTS: Here, we present a genome-wide comparative transcriptome analysis between two L. japonica cultivars, toward the identification of biological processes and functional gene activities that occur during flowering stage trichome development. In this study, the density and average lengths of flower trichomes were at their highest during three-green periods (S2). Using the Illumina RNA-Seq method, we obtained 134,304 unigenes, 33,733 of which were differentially expressed. In an analysis of 40 differentially expressed unigenes (DEGs) involved in trichome development, 29 of these were transcription factors. The DEGs analysis of plant hormone signal transduction indicated that plant growth and development may be independent of gibberellin (GA) and cytokinine (CTK) signaling pathways, and plant stress may be independent of jasmonic acid (JA) and ethylene (ET) signaling pathways. We screened several genes involved in the floral biosynthesis of odors, tastes, colors, and plant hormones, and proposed biosynthetic pathways for sesquiterpenoid, triterpenoid, monoterpenoid, flavonoid, and plant hormones. Furthermore, 82 DEGs were assigned to cell cycles and 2616 were predicted as plant resistance genes (PRGs).

結論:

本研究では、L. japonicaの7つの発達段階における花の発現プロファイルを網羅的に解析することで、L. japonicaの花の発達を支える分子ネットワークを明らかにすることができる。

CONCLUSIONS: This study provides a comprehensive characterization of the expression profiles of flower development during the seven developmental stages of L. japonica, thereby offering valuable insights into the molecular networks that underly flower development in L. japonica.