茶の根における単一細胞レベルの二次代謝:茶植物(Camellia sinensis)の根におけるテアニン代謝と調節に関する事例研究

Concetti Chiave

茶の根では、テアニン合成経路が細胞間で分断されており、転写因子とその標的遺伝子が同一の細胞クラスター内に高発現する必要はない。

Sintesi

本研究では、茶の根における単一細胞RNA配列解析(scRNA-seq)を行い、テアニン合成、輸送、調節に関わる細胞特異的な遺伝子発現パターンを明らかにした。

根の細胞クラスターを8つに分類し、それぞれの細胞タイプを同定した。窒素(N)の取り込み、同化、アミノ酸合成に関わる遺伝子の発現は細胞タイプ特異的であった。

テアニン合成の鍵酵素CsTSIは主に師部細胞で発現し、CsAlaDCは主に導管細胞で発現していた。このように、テアニン合成の前駆体合成と最終産物合成が異なる細胞で行われる「細胞間コンパートメンテーション」が示された。

また、テアニン合成を負に調節するCsLBD37転写因子は、テアニン合成細胞とは異なる細胞(師部細胞)で発現していた。このように、テアニン合成の転写調節には、転写因子と標的遺伝子が同一細胞内に高発現する必要はないことが明らかになった。

さらに、CsLBD37はテアニン合成と側根発生を共に調節することが示された。窒素豊富条件下では、CsLBD37の発現が誘導され、CsAlaDCの発現を抑制することで、テアニン合成を微調整し、同時に側根発生も抑制する。

以上の知見は、茶の根における二次代謝の調節機構の理解を深めるとともに、他の植物の根の二次代謝研究にも応用できる。

Statistiche

茶の根におけるテアニン含量は葉、茎、子葉に比べて高い。
CsTSIはペリサイクル細胞で最も高発現し、CsAlaDCは導管細胞で最も高発現する。
CsLBD37の過剰発現はアラビドプシスの側根数を有意に減少させた。

Citazioni

「テアニン合成経路は細胞間コンパートメンテーションを伴い、同一の細胞クラスター内で転写因子とその標的遺伝子の高い共発現は必要ない」
「CsLBD37は窒素豊富条件下でテアニン合成と側根発生を共に調節する」

Approfondimenti chiave tratti da

Root-specific secondary metabolism at the single-cell level: a case study of theanine metabolism and regulation in the roots of tea plants (Camellia sinensis)

by Lin,S., Zhan... alle www.biorxiv.org 01-17-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.16.575853v1

Domande più approfondite

他の植物の根の二次代謝においても、同様の細胞間コンパートメンテーションが見られるだろうか?

テアニン合成における細胞間コンパートメンテーションの存在は、他の植物の根の二次代謝にも見られる可能性があります。多くの植物では、特定の細胞タイプが特定の代謝産物を生産し、他の細胞タイプとは異なる機能を果たしています。例えば、アルカロイドのニコチンは、特定の根で合成され、茎に輸送されて生物的ストレスに対する抵抗力を提供します。このように、植物の根の二次代謝においても、特定の細胞間コンパートメンテーションが他の植物で見られる可能性があります。

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