アラビドプシスのアミノ酸由来代謝体と,同位素標識とmGWASを用いた自然変異の調査

科学分野:

• 植物メタボロミクス
• 生物化学
• システム生物学

背景:

• 植物代謝物質の起源を理解することは作物の改善に不可欠です.
• アラビドプシス・タリアナは 植物研究のためのモデル生物です
• メタボライトの蓄積は遺伝的および環境的要因によって影響を受けます.

研究 の 目的:

• アラビドプシスの代謝物質特性の起源を,安定した同位体ラベルを用いて記述する.
• ローゼットと茎におけるアミノ酸由来代謝体 (AADM) の調節を調査する.
• 植物代謝物質の蓄積に関与する遺伝子を,統合されたオミックスのアプローチで特定する.

主な方法:

• 逆相高性能液体染色体質スペクトロメトリー (HPLC-MS) と組み合わせた安定性同位体ラベル付け
• メタボリートプロファイリングのための非標的液体染色体質量測定法 (LC-MS).
• メタボリック・ゲノム・ワイド・アソシエーション・スタディ (mGWAS)

主要な成果:

• 1240の代謝因子の特徴がアミノ酸由来で,合計イオン数の10~30%を占めている.
• ローゼットと茎のADMは,明確な蓄積パターンを示しました.
• アミノ酸の給餌実験では,前駆体依存の蓄積と代謝ネットワーク内の長距離効果が明らかになった.
• mGWASとの統合では,それぞれ葉と茎で87,820と61,618の代謝特性のSNP関連が特定されました.
• METHYLTHIOALKYLMALATE SYNTHASE 1 (MAM1) とD- アミノ酸RACEMASE 1 (DAAR1) のような遺伝子は,AADFの蓄積と関連していた.

結論:

• 安定同位体ラベルは,植物におけるアミノ酸由来特性を注記するのに有効である.
• アミノ酸の可用性と代謝ネットワークの相互作用は,代謝物質の蓄積を著しく調節する.
• 安定した同位体ラベルをmGWASと統合することで,植物代謝生物合成を制御する遺伝子の発見が容易になります.