トランスクリプトーム解析により、Camellia sinensis の不定胚形成に関連する濃縮経路と遺伝子発現の制御が明らかになった

Scientific Reports volume 13、記事番号: 15946 (2023) この記事を引用

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茶の高頻度で安定した不定胚システムは、その特性の限界によりまだ確立されておらず、そのため茶木の遺伝子研究と育種プロセスが大幅に制限されています。 この研究では、トランスクリプトームを使用して、茶木の体細胞胚発生における遺伝子発現制御のメカニズムを説明しました。 (IS中間期)_PS(予備期)、ES(胚様体期)_IS、ES_PS期のDEG数はそれぞれ109、2848、1697であった。 濃縮分析の結果、炭水化物の代謝プロセスがES_IS段階でかなり濃縮され、体細胞胚発生に重要な役割を果たしている一方、光化学系Iでの光捕捉の強化により炭水化物の物質的基盤を提供できることが示された。 経路解析により、IS_PSプロセスにおける濃縮された経路はES_ISまたはES_PSにおけるものよりもはるかに少なく、ES_ISまたはES_PS段階のDEGの光合成および光合成アンテナタンパク質経路が顕著に濃縮され、上方制御されていることが示された。 重要な光合成および光合成アンテナタンパク質経路と Lhcb1 遺伝子は、茶植物の不定胚発生において発見されました。 これらの成果は、茶樹の不定胚発生機構の解明や育種研究にとって極めて重要な意義を持つものでした。

体細胞胚形成は植物細胞の全能性を刺激するモードであり 1、植物の生殖にとって最も効率的な形態形成経路であると考えられています 2。 20 世紀後半の植物組織培養における重要な進歩である裸子植物の胚形成 3,4 は、植物の再生方法として器官分化に比べて多くの利点をもたらします。 これらの利点には、多数の胚、急速な発育、構造的完全性、および高い再生率が含まれます5、6、7。 その結果、裸子植物の胚形成はさまざまな分野で広範な応用が見出され、信頼性が高く効率的な植物再生システムおよび遺伝子形質転換のための理想的なレシピエントシステムとして機能しています8,9。

植物の体細胞胚発生の分子生物学と生物情報学の側面は、関与するメカニズムを解明するために広範囲に研究されてきました。 ピーマン (Capsicum annuum) の不定胚の形成は、in vitro 組織培養によって発生制御因子 PLETHORA (PLT5) で刺激されました 10。 モデル植物シロイヌナズナでは、不定胚が茎の頂端分裂組織に隣接する葉の原基に由来することが研究されており、成長ホルモン処理により、インビトロで培養された外植片において胚形成反応を効率的に誘導することができた11,12。 トランスクリプトーム解析は、牡丹 (Peaonia ostii) の低い繁殖率に対処するために使用され、細胞運命と細胞分裂を決定する遺伝子が牡丹の不定胚の形成を支配していることを明らかにしました 13。 トウモロコシ (Zea Mays L.) の胚治癒組織と体細胞胚からのトランスクリプトーム データを研究して、体細胞胚形成に関連するホルモン シグナル伝達経路と転写制御を明らかにしました 14。

Camellia sinensis (L.) O. Kuntze はツバキ科に属する常緑多年草です15。 何世紀にもわたって栽培されており、その茶葉は経済的価値があるため高く評価されています。 茶の木は、茶ポリフェノール 16、カテキン、カフェイン 17 などの特徴的な二次代謝産物を有しており、これらはがんの予防や心血管疾患の治療など、多くの健康上の利点 18 をもたらします 19。 茶の木は自家不和合性で非親和性であるため、高度のヘテロ接合性が生じます 20,21。 伝統的なお茶の育種方法には、労働集約的で盲目的で育種サイクルが長いという欠点があります 22,23 が、現代の分子技術の導入により、良質な茶品種の選抜プロセスをスピードアップすることができます 24,25,26,27。 茶の高頻度体細胞胚発生システムの確立は、実用上非常に重要です。 これにより、優れた茶遺伝資源のインビトロ保存と、茶植物の遺伝子形質転換およびトランスジェニックシステムの開発が可能になります。