RNA-seq and metabolomic analyses of Leymus chromosome added wheat lines showing heat tolerance

添加赖草染色体的小麦品系的 RNA-seq 和代谢组学分析显示耐热性

基本信息

批准号：
18F18080
负责人：
辻本壽
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tottori University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

人工気象環境制御チャンバーを用い、オオハマニンニク（LR）染色体添加コムギ系統を栽培し、栄養成長段階または開花後段階に高温ストレスを与え、メタボローム解析とトランスクリプトーム解析を実施し、表現される形質と生化学的特性を比較した。これまでに高温耐性が知られていたLRの「I」染色体をパンコムギChinese Springに添加した系統（CSI）を詳細に調査したところ、正常のCS系統と比較して、高温環境下で低い葉面温度を示し、また、クロロフィル量が高いことがわかり、染色体Iの添加がコムギの蒸散率を改善し、光合成プロセスを改善することにより耐性になることが分かった。しかしながら、CSIは不稔性を示したため、遺伝資源としてコムギの改良には利用できない。不稔になる原因は、GISH分析でI染色体添加だけでなく5B染色体消失による置換が起こっているためであることが明らかとなった。次に、野生種タルホコムギと交配から派生した高温耐性系統「MSD417」の調査を行った。同系統と遺伝的背景の1／4が共通する品種「農林61号」を人工気象機で育て、開花後5日目に高温ストレスを加え、生理的データを取得した。また、処理後異なる時期にmRNAを採集し、RNA-seq解析を行った。その結果、MSD417系統は、高温処理4日後、高温下で穂の温度が農林61号より低くなり、特殊な高温適応能力をもつことが明らかとなった。トランスクリプトーム解析では、MSN417において、いくつかのヒートショック転写因子と、光合成経路関連遺伝子が、農林61号より増加していたことが分かった。このトランスクリプトームの結果と生理学的データの相互関係を特定して、コムギの高温ストレス耐性に関連するコア遺伝子を特定した。

利用人工气候控制室，培育了添加大滨大蒜（LR）染色体的小麦品系，在营养生长期或花后阶段施加高温胁迫，进行代谢组分析和转录组分析，并研究其表达性状和生化特性进行了比较。对面包小麦中国春添加了已知具有耐高温性的LR“I”染色体的品系（CSI）的详细调查显示，与正常的CS品系相比，在低温下叶表面较低。研究发现，I号染色体的添加提高了小麦的蒸腾速率，并通过改善光合作用过程使其具有抗逆性。但由于CSI表现出不育性，因此不能用作小麦改良的遗传资源。 GISH分析显示，不育的原因不仅是I染色体的添加，还有5B染色体缺失导致的替代。接下来，我们研究了耐高温菌株“MSD417”，它源自与野生型小麦的杂交。与同一品系有四分之一遗传背景的品种Norin 61在人工气候机中生长，在开花后第五天受到高温胁迫，获得了生理数据。此外，在治疗后的不同时间收集mRNA并进行RNA-seq分析。结果，经过4天的高温处理，MSD417品系在高温条件下穗温比诺林61号低，说明其具有特殊的适应高温的能力。转录组分析显示，与Norin No. 61相比，MSN417中的一些热休克转录因子和光合作用途径相关基因有所增加。我们将这些转录组结果与生理数据相关联，以确定与小麦高温胁迫耐受性相关的核心基因。