植物の成長とストレス耐性に影響を与える小麦アルゴス遺伝子の分子的および機能的特性評価

臓器サイズ（Argos）に関与するオーキシン調節遺伝子は、臓器サイズと有意かつ積極的に関連しており、植物の非生物的ストレス反応に関与しています。しかし、これまでに小麦アルゴス遺伝子に関する研究は報告されていません。本研究では、3つのタルゴスのホモロガス遺伝子が分離され、染色体4A、4B、および4Dのパン小麦に配置されました。これらはすべて小麦とその野生の親sで高度に保存されています。異なる組織における遺伝子発現の比較により、タルゴスが主にSTEMで発現していることが示されました。さらに、タルゴスの転写産物は、干ばつ、塩分、およびさまざまな植物ホルモンによって有意に誘導されました。小麦プロトプラストにおけるタルゴス-Dタンパク質の一時的な発現は、小胞体に局在するタルゴスDが示された。さらに、シロイヌナズナでのタルゴスDの過剰発現により、発芽率が向上し、ロゼット径が大きく、ロゼット葉面積が増加し、野生型（WT）植物よりもシリケ数が高くなりました。植物の成長の制御におけるTaargos-Dの役割は、RNA-seqを介してさらに研究され、105の遺伝子が差次的に発現されていることがわかりました。これらの遺伝子のほとんどは、「発達プロセス」に関与していました。興味深いことに、シロイヌナズナにおけるタルゴスDの過剰発現により、WT植物の干ばつと塩分耐性、ABAに対する塩分耐性が改善されることもわかりました。まとめると、これらの結果は、タアゴスが種子の発芽、苗の成長、および非生物的ストレス耐性に関与していることを示しています。

Auxin Regulated Gene involved in Organ Size (ARGOS) is significantly and positively associated with organ size and is involved in abiotic stress responses in plants. However, no studies on wheat ARGOS genes have been reported to date. In the present study, three TaARGOS homoeologous genes were isolated and located on chromosomes 4A, 4B, and 4D of bread wheat, all of which are highly conserved in wheat and its wild relatives. Comparisons of gene expression in different tissues demonstrated that the TaARGOSs were mainly expressed in the stem. Furthermore, the TaARGOS transcripts were significantly induced by drought, salinity, and various phytohormones. Transient expression of the TaARGOS-D protein in wheat protoplasts showed that TaARGOS-D localized to the endoplasmic reticulum. Moreover, overexpression of TaARGOS-D in Arabidopsis resulted in an enhanced germination rate, larger rosette diameter, increased rosette leaf area, and higher silique number than in wild-type (WT) plants. The roles of TaARGOS-D in the control of plant growth were further studied via RNA-seq, and it was found that 105 genes were differentially expressed; most of these genes were involved in 'developmental processes.' Interestingly, we also found that overexpression of TaARGOS-D in Arabidopsis improved drought and salinity tolerance and insensitivity to ABA relative to that in WT plants. Taken together, these results demonstrate that the TaARGOSs are involved in seed germination, seedling growth, and abiotic stress tolerance.