茶（Camellia sinensis）におけるα-フェネセンの形成草食動物由来の傷とその隣接茶植物への影響によって誘導される葉

草食動物誘発植物揮発性物質（HIPV）は、ストレスに対する防御において重要な生態学的役割を果たします。モデル植物とは対照的に、作物のHIPV形成と機能に関する報告は限られています。茶（Camellia sinensis）は中国の重要な作物です。α-ファーネセンは、さまざまな草食動物の攻撃に応じて茶植物で生成される一般的なHIPVです。この研究では、C。sinensisα-ファルネセンシンターゼ（CSAFS）を分離、クローン化、配列決定、および機能的に特徴付けました。大腸菌で産生されたCSAFS組換えタンパク質は、ファルネシル二リン酸（FPP）をα-フェネセンに変換し、in vitroでゲラニル二リン酸（GPP）をβ-オシメンに変換することができました。さらに、ニコチアナ・ベンサミアナ植物の一時的な発現分析は、CSAFが細胞質に位置し、植物のα-ファルネセンにFPPを変換できることを示しました。負傷は、草食動物の損傷をシミュレートするために、活性化されたジャスモン酸（JA）形成により、CSAFS発現レベルとα-フェネセン含有量が大幅に向上しました。これは、草食動物由来の傷が茶葉にα-フェネセン形成を誘発することを示唆しています。さらに、放出されたα-ファルネセンは、隣接する損傷のない茶葉の抗菌関連因子を活性化するシグナルとして作用する可能性があります。この研究は、茶植物などの作物における一般的なHIPVの形成とシグナル伝達の役割についての理解を促進します。

Herbivore-induced plant volatiles (HIPVs) play important ecological roles in defense against stresses. In contrast to model plants, reports on HIPV formation and function in crops are limited. Tea (Camellia sinensis) is an important crop in China. α-Farnesene is a common HIPV produced in tea plants in response to different herbivore attacks. In this study, a C. sinensis α-farnesene synthase (CsAFS) was isolated, cloned, sequenced, and functionally characterized. The CsAFS recombinant protein produced in Escherichia coli was able to transform farnesyl diphosphate (FPP) into α-farnesene and also convert geranyl diphosphate (GPP) to β-ocimene in vitro. Furthermore, transient expression analysis in Nicotiana benthamiana plants indicated that CsAFS was located in the cytoplasm and could convert FPP to α-farnesene in plants. Wounding, to simulate herbivore damage, activated jasmonic acid (JA) formation, which significantly enhanced the CsAFS expression level and α-farnesene content. This suggested that herbivore-derived wounding induced α-farnesene formation in tea leaves. Furthermore, the emitted α-farnesene might act as a signal to activate antibacterial-related factors in neighboring undamaged tea leaves. This research advances our understanding of the formation and signaling roles of common HIPVs in crops such as tea plants.