ウニコナゾールトリアゾール植物成長調整剤ウニコナゾールは、植物の高さを調節し、実生の過成長を防ぐために広く使用されています。しかし、ウニコナゾールが実生の胚軸伸長を阻害する分子メカニズムは依然として不明であり、胚軸伸長のメカニズムを調査するためにトランスクリプトームとメタボロームのデータを組み合わせた研究はわずかです。ここでは、ウニコナゾールがハクサイの実生の胚軸伸長を著しく阻害することを観察しました。興味深いことに、トランスクリプトームとメタボロームの組み合わせた解析に基づいて、ウニコナゾールが「フェニルプロパノイド生合成」経路に著しく影響することを見出しました。この経路では、リグニン生合成に関与する酵素調節遺伝子ファミリーの1つの遺伝子、BrPAL4のみが大幅にダウンレギュレーションされていました。さらに、酵母ワンハイブリッドおよびツーハイブリッドアッセイでは、BrbZIP39がBrPAL4のプロモーター領域に直接結合して転写を活性化できることが実証されました。ウイルス誘導性遺伝子サイレンシングシステムにより、BrbZIP39がハクサイの胚軸伸長と胚軸リグニン合成を正に制御できることがさらに証明されました。本研究の結果は、クロコナゾールがハクサイの胚軸伸長を阻害する分子制御機構に関する新たな知見を提供します。クロコナゾールは、BrbZIP39-BrPAL4モジュールを介したフェニルプロパノイド合成を阻害することでリグニン含量を減少させ、ハクサイの幼植物における胚軸の矮化を引き起こすことが初めて確認されました。
白菜（Brassica campestris L. ssp. chinensis var. utilis Tsen et Lee）はアブラナ属に属し、我が国で広く栽培されているよく知られた一年生アブラナ科野菜です（Wang et al., 2022; Yue et al., 2022）。近年、白菜の生産規模は拡大し続けており、栽培方法は従来の直播きから集約的な育苗・移植へと変化しています。しかし、集約的な育苗・移植の過程で、過剰な胚軸の成長により徒長した苗を生産する傾向があり、苗の品質が低下します。そのため、白菜の集約的な育苗・移植においては、過剰な胚軸の成長を抑制することが喫緊の課題です。現在、トランスクリプトミクスとメタボロミクスのデータを統合して胚軸伸長のメカニズムを探る研究はほとんどありません。クロランタゾールがハクサイの胚軸伸長を制御する分子機構は未だ解明されていない。本研究では、ウニコナゾール誘発によるハクサイの胚軸矮性化に応答する遺伝子および分子経路を同定することを目的とした。トランスクリプトーム解析およびメタボローム解析、酵母ワンハイブリッド解析、デュアルルシフェラーゼアッセイ、およびウイルス誘導遺伝子サイレンシング（VIGS）アッセイを用いて、ウニコナゾールがハクサイの実生におけるリグニン生合成を阻害することで、ハクサイの胚軸矮性化を誘導できることを明らかにした。本研究の結果は、ウニコナゾールがBrbZIP39-BrPAL4モジュールを介したフェニルプロパノイド生合成を阻害することで、ハクサイの胚軸伸長を阻害する分子制御機構に関する新たな知見を提供するものである。これらの結果は、商業用苗の品質向上や、野菜の収量と品質の確保に貢献する上で重要な実用的意義を持つと考えられる。
エフェクター遺伝子を生成するために、全長BrbZIP39 ORFをpGreenll 62-SKに挿入し、BrPAL4プロモーター断片をpGreenll 0800ルシフェラーゼ（LUC）レポーター遺伝子に融合してレポーター遺伝子を作製した。エフェクター遺伝子とレポーター遺伝子ベクターをタバコ（Nicotiana benthamiana）の葉に共形質転換した。
代謝物と遺伝子の関係を明らかにするために、メタボロームとトランスクリプトームの共同解析を行いました。KEGGパスウェイエンリッチメント解析の結果、DEGとDAMは33のKEGGパスウェイで共エンリッチメントを示しました（図5A）。その中で、「フェニルプロパノイド生合成」パスウェイが最も有意にエンリッチメントを示しました。「光合成炭素固定」パスウェイ、「フラボノイド生合成」パスウェイ、「ペントース-グルクロン酸相互変換」パスウェイ、「トリプトファン代謝」パスウェイ、「デンプン-スクロース代謝」パスウェイも有意にエンリッチメントを示しました。熱クラスタリングマップ（図5B）では、DEGに関連するDAMがいくつかのカテゴリーに分けられ、その中でフラボノイドが最大のカテゴリーであることから、「フェニルプロパノイド生合成」パスウェイが胚軸矮性化に重要な役割を果たしていることが示されました。
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投稿日時: 2025年3月24日