シロイヌナズナの紫外線順応中の植物二次代謝産物の動的変化thaliana

植物は、防衛目的で一連の二次代謝産物を合成することにより、環境ストレスに反応します。ここでは、シロイヌナズナの葉における植物二次代謝産物の蓄積に対する慢性紫外線（UV）放射の効果について報告します。自然環境では、UVは非常に動的な環境パラメーターであるため、植物は二次代謝産物の継続的に再調整されていると仮定しました。私たちのデータは、紫外線順化時のトコフェロール、ポリアミン、フラボノイドの蓄積のための明確な運動プロファイルを示しています。脂質可溶性の抗酸化α-トコフェロールは速く蓄積し、上昇したままでした。ポリアミンは高速かつ一時的に蓄積しました。この高速応答は、短期のUV応答におけるα-トコフェロールとポリアミンの役割を意味します。対照的に、フラボノールの追加の持続的な蓄積が起こりました。これらの二次代謝産物の明確な蓄積パターンは、UV順応プロセスが動的なプロセスであることを確認し、一般的に使用される単一のタイムポイント分析がUV順位の全範囲を明らかにしないことを示しています。UVは、特定のフラボノールグリコシド、すなわちカエンプフェロール、および（それほどではないが）ケルセチンジおよびトリグリコシドの蓄積を刺激し、すべて特異的に7位でラムノシル化されていることを実証します。すべての代謝物は、ウルトラパフォーマンス液体クロマトグラフィー（UPLC）カップされたタンデム質量分析によって特定されました。これらのフラボノールグリコシドの一部は、3〜4日で定常状態レベルに達しましたが、他の濃度は12日間のUV暴露後も増加しています。これらのグリコシドの生化学的経路は、同定された8つの代謝産物すべての合成のための7-O-rhamnosylationを含む仮定されています。この7-O-rhamnosylationは、紫外線の順応に重要な機能を持っていると仮定しています。

Plants respond to environmental stress by synthesizing a range of secondary metabolites for defense purposes. Here we report on the effect of chronic ultraviolet (UV) radiation on the accumulation of plant secondary metabolites in Arabidopsis thaliana leaves. In the natural environment, UV is a highly dynamic environmental parameter and therefore we hypothesized that plants are continuously readjusting levels of secondary metabolites. Our data show distinct kinetic profiles for accumulation of tocopherols, polyamines and flavonoids upon UV acclimation. The lipid-soluble antioxidant α-tocopherol accumulated fast and remained elevated. Polyamines accumulated fast and transiently. This fast response implies a role for α-tocopherol and polyamines in short-term UV response. In contrast, an additional sustained accumulation of flavonols took place. The distinct accumulation patterns of these secondary metabolites confirm that the UV acclimation process is a dynamic process, and indicates that commonly used single time-point analyses do not reveal the full extent of UV acclimation. We demonstrate that UV stimulates the accumulation of specific flavonol glycosides, i.e. kaempferol and (to a lesser extent) quercetin di- and triglycosides, all specifically rhamnosylated at position seven. All metabolites were identified by Ultra Performance Liquid Chromatography (UPLC)-coupled tandem mass spectrometry. Some of these flavonol glycosides reached steady-state levels in 3-4 days, while concentrations of others are still increasing after 12  days of UV exposure. A biochemical pathway for these glycosides is postulated involving 7-O-rhamnosylation for the synthesis of all eight metabolites identified. We postulate that this 7-O-rhamnosylation has an important function in UV acclimation.