大豆根のPEG誘発干ばつストレスに応答した分子メカニズムのプロテオミクス調査

根は一般に重要な干ばつセンサーですが、干ばつストレスに対する分子反応についてはほとんど知られていません。干ばつ耐性の大豆品種「jiyu 47」を使用して、タンデム質量タグ（TMT）プロテオミクス分析に基づいて、苗の根の大豆根の差次的に発現したタンパク質（DEPS）を調査しました。合計6つの生理学的パラメーターでさまざまな発現パターンが観察されました。合計8687のタンパク質の中で合計468のDEP（上方制御され、324のダウンレギュレート）が24時間の干ばつストレスに応じて同定されました。DEPSの発現は、グルタチオン生合成に関与する合計5つの遺伝子（すなわち、GMGSH、GMGST1、GMGST2 K GMCAT、およびGM6PGD）の定量的リアルタイムPCRに基づいてさらに検証されました。濃縮分析の結果は、大豆の根の干ばつストレスに反応するさまざまな細胞代謝に関与するタンパク質の協調的な発現パターンを明らかにしました。我々の結果は、干ばつストレスが炭水化物代謝、浸透圧調節物質の代謝、つまりグルタチオン代謝）を含む大豆根のいくつかの代謝経路に関与するタンパク質の発現に有意な変化を引き起こしたことを示した。還元グルタチオン（GSH）の産生の増加は、反応性酸素種によって引き起こされる損傷の予防と非生物的ストレスの耐性を高めました。グルタチオン代謝は、大豆の根の干ばつストレスに応じて抗酸化防御システムを修正する上で重要な役割を果たしました。私たちのプロテオーム研究は、大豆植物が栄養段階でタンパク質発現を調整することにより干ばつストレスに反応し、植物の非生物的ストレスに対する反応を調節する分子メカニズムに関する新しい洞察を提供することを示唆しました。

Roots are generally the critical drought sensors, but little is known about their molecular response to drought stress. We used the drought-tolerant soybean variety 'Jiyu 47' to investigate the differentially expressed proteins (DEPs) in soybean roots during the seedling stage based on the tandem mass tag (TMT) proteomics analysis. Various expression patterns were observed in a total of six physiological parameters. A total of 468 DEPs (144 up-regulated and 324 down-regulated) among a total of 8687 proteins were identified in response to drought stress in 24 h. The expression of DEPs was further validated based on quantitative real-time PCR of a total of five genes (i.e., GmGSH, GmGST1, GmGST2 k GmCAT, and Gm6PGD) involved in the glutathione biosynthesis. Results of enrichment analyses revealed a coordinated expression pattern of proteins involved in various cellular metabolisms responding to drought stress in soybean roots. Our results showed that drought stress caused significant alterations in the expression of proteins involved in several metabolic pathways in soybean roots, including carbohydrate metabolism, metabolism of the osmotic regulation substances, and antioxidant defense system (i.e., the glutathione metabolism). Increased production of reduced glutathione (GSH) enhanced the prevention of the damage caused by reactive oxygen species and the tolerance of the abiotic stress. The glutathione metabolism played a key role in modifying the antioxidant defense system in response to drought stress in soybean roots. Our proteomic study suggested that the soybean plants responded to drought stress by coordinating their protein expression during the vegetative stage, providing novel insights into the molecular mechanisms regulating the response to abiotic stress in plants.