発芽中の大豆胚軸上の細胞壁のダイナミクスと遺伝子発現

大豆種子の発芽中の胚軸上の細胞壁の伸長、細胞水バランス、細胞壁生合成に関与する可能性が高い構造変化と細胞壁関連遺伝子の同定。細胞壁は、細胞に機械的なサポートを提供する高度に組織化された動的な構造です。種子発芽中、細胞壁は細胞の成長と苗の確立に重要です。種子発芽はいくつかの種で広く研究されていますが、発芽胚軸における細胞壁のダイナミクスの調節に関する重要な側面は曖昧なままです。ここでは、細胞壁経路の遺伝子発現パターンを特徴付け、発芽大豆種子の胚軸の細胞壁ダイナミクスへの影響を調査します。大豆ゲノムの細胞壁生合成とアセンブリに関与する2143の遺伝子が見つかりました。主要な細胞壁遺伝子は、エクスパンティン、UDP-GLCエピメラーゼ、GTファミリー、セルロースシンターゼ、ペルオキシダーゼ、アラビノガルクサン、キシログルカン関連遺伝子などの特定の発芽段階で高度に発現しました。さらに、胚軸は、バイオマスを増加させずにこれらの特定の細胞壁遺伝子の変調によって成長することがわかりました。細胞壁の構造解析により、細胞膨張の定義されたパターンと発芽中のセルロース含有量の増加が明らかになりました。さらに、発芽中の細胞壁遺伝子のこれらの構造変化と発現パターンとの間に明確な相関があることがわかりました。まとめると、我々の結果は、大豆発芽中の胚軸の成長と膨張を促進する細胞壁遺伝子の複雑な転写調節をよりよく理解しています。

Identification of the structural changes and cell wall-related genes likely involved in cell wall extension, cellular water balance and cell wall biosynthesis on embryonic axes during germination of soybean seeds. Cell wall is a highly organized and dynamic structure that provides mechanical support for the cell. During seed germination, the cell wall is critical for cell growth and seedling establishment. Although seed germination has been widely studied in several species, key aspects regarding the regulation of cell wall dynamics in germinating embryonic axes remain obscure. Here, we characterize the gene expression patterns of cell wall pathways and investigate their impact on the cell wall dynamics of embryonic axes of germinating soybean seeds. We found 2143 genes involved in cell wall biosynthesis and assembly in the soybean genome. Key cell wall genes were highly expressed at specific germination stages, such as expansins, UDP-Glc epimerases, GT family, cellulose synthases, peroxidases, arabinogalactans, and xyloglucans-related genes. Further, we found that embryonic axes grow through modulation of these specific cell wall genes with no increment in biomass. Cell wall structural analysis revealed a defined pattern of cell expansion and an increase in cellulose content during germination. In addition, we found a clear correlation between these structural changes and expression patterns of cell wall genes during germination. Taken together, our results provide a better understanding of the complex transcriptional regulation of cell wall genes that drive embryonic axes growth and expansion during soybean germination.