ゲノム編集は、ジャスモン酸シグナル伝達におけるOSCOI2の重要な役割と、イネにおけるCOI1ホモログの機能的多様性の両方を明らかにします

ジャスモン酸（JA）は、植物の成長、発達、ストレス反応を調節します。コロナチン非感受性1（COI1）およびジャスモン酸亜鉛フィンガー花序分裂組織ドメイン（JAZ）タンパク質は、JAの生物学的に活性な型であるJasmonoyl-L-イソレシンの受容体複合体を形成します。3つのCOI（OSCOI1A、OSCOI1B、およびOSCOI2）がイネゲノムでエンコードされています。本研究では、ゲノム編集を使用して各イネCoI遺伝子の変異体を生成し、3つのイネCOIの生理学的機能を明らかにしました。OSCOI2変異体は、OSCOI1AおよびOSCOI1B変異体ではなく、肥沃度が非常に低いことを示し、イネの肥沃度におけるOSCOI2の重要な役割を示しています。トランスクリプトーム分析により、メチルジャスモン酸（MEJA）治療後の転写変化は、野生型またはOSCOI1AおよびOSCOI1B変異体の葉と比較してOSCOI2変異体の葉で中程度であることが明らかになりました。Meja誘発性クロロフィル分解と抗菌性二次代謝産物の蓄積は、OSCOI2変異体で抑制されました。これらの結果は、OSCOI2が米の葉のJA応答において中心的な役割を果たしていることを示しています。対照的に、各変異体の苗にJAを外因性に塗布したときの成長阻害の評価は、イネCOIがシュートの成長に冗長に関与しているのに対し、OSCOI2は根の成長に主要な役割を果たしていることを明らかにしました。さらに、共免疫沈降アッセイでは、発散するJASモチーフを含むOSJAZ2とOSJAZ5がOSCOI2と物理的にのみ相互作用するのに対し、標準的なJASモチーフを持つOSJAZ4は3つのイネCOIすべてと相互作用することが示されました。本研究では、イネCOIの機能的多様性を実証し、それによりJAのさまざまな生理学的機能を調節するメカニズムの手がかりを提供しました。

Jasmonic acid (JA) regulates plant growth, development and stress responses. Coronatine insensitive 1 (COI1) and jasmonate zinc-finger inflorescence meristem-domain (JAZ) proteins form a receptor complex for jasmonoyl-l-isoleucine, a biologically active form of JA. Three COIs (OsCOI1a, OsCOI1b and OsCOI2) are encoded in the rice genome. In the present study, we generated mutants for each rice COI gene using genome editing to reveal the physiological functions of the three rice COIs. The oscoi2 mutants, but not the oscoi1a and oscoi1b mutants, exhibited severely low fertility, indicating the crucial role of OsCOI2 in rice fertility. Transcriptomic analysis revealed that the transcriptional changes after methyl jasmonate (MeJA) treatment were moderate in the leaves of oscoi2 mutants compared to those in the wild type or oscoi1a and oscoi1b mutants. MeJA-induced chlorophyll degradation and accumulation of antimicrobial secondary metabolites were suppressed in oscoi2 mutants. These results indicate that OsCOI2 plays a central role in JA response in rice leaves. In contrast, the assessment of growth inhibition upon exogenous application of JA to seedlings of each mutant revealed that rice COIs are redundantly involved in shoot growth, whereas OsCOI2 plays a primary role in root growth. In addition, a co-immunoprecipitation assay showed that OsJAZ2 and OsJAZ5 containing divergent Jas motifs physically interacted only with OsCOI2, whereas OsJAZ4 with a canonical Jas motif interacts with all three rice COIs. The present study demonstrated the functional diversity of rice COIs, thereby providing clues to the mechanisms regulating the various physiological functions of JA.