アポカロテノイドβ-イオンは、シロイヌナズナのトランスクリプトームを調節し、ボトリティスシネレアに対する耐性を増加させます

カロテノイドは、光合成に不可欠なイソプレノイド色素です。さらに、それらはアポカロテノイドの前駆体であり、植物ホルモンアブシジ酸（ABA）およびストリゴラクトン（SLS）、ならびに逆行性シグナル伝達分子とβ-シクロシトラやザキシノンなどの成長調節因子を含む。ここでは、ミクロモル濃度でのシロイヌナズナ植物に揮発性アポカロテノイドβ-イオン（β-I）を適用すると、遺伝子発現のグローバルな再プログラミングが生じ、ストレス耐性、成長、ホルモン代謝、病原体防御に関与する数千の転写産物に影響を与えることを示しています。および光合成。この転写再プログラミングの変化は、植物ホルモンABA、ジャスモン酸、サリチル酸のレベルの誘発性の変化をもたらし、多くの作物種の灰色のカビ疾患を引き起こす広範囲にわたる壊死栄養菌Botrytis cineretis cinerea（B.C.）に対するシロイヌナズナ抵抗性を高めました。収穫された果物の腐敗。β-Iによるタバコおよびトマト植物の前処理に続いて、B.C。作物植物のこの病原体に対する耐性の増加におけるβ-Iの効果を確認しました。さらに、B.C。の感受性の低下が観察されました。リコピンβ-シクラーゼを過剰発現するトランスジェニックトマト植物の果物では、内因性β-Iのレベルが上昇しているため、B.C。侵入。私たちの研究は、さらにカロテノイド由来の調節代謝産物としてβ-Iを解き明かし、この自然な揮発性を環境に優しいバイオフラッ酸剤として確立してB.C.を制御する可能性を示しています。

Carotenoids are isoprenoid pigments indispensable for photosynthesis. Moreover, they are the precursor of apocarotenoids, which include the phytohormones abscisic acid (ABA) and strigolactones (SLs) as well as retrograde signaling molecules and growth regulators, such as β-cyclocitral and zaxinone. Here, we show that the application of the volatile apocarotenoid β-ionone (β-I) to Arabidopsis plants at micromolar concentrations caused a global reprogramming of gene expression, affecting thousands of transcripts involved in stress tolerance, growth, hormone metabolism, pathogen defense, and photosynthesis. This transcriptional reprogramming changes, along with induced changes in the level of the phytohormones ABA, jasmonic acid, and salicylic acid, led to enhanced Arabidopsis resistance to the widespread necrotrophic fungus Botrytis cinerea (B.c.) that causes the gray mold disease in many crop species and spoilage of harvested fruits. Pre-treatment of tobacco and tomato plants with β-I followed by inoculation with B.c. confirmed the effect of β-I in increasing the resistance to this pathogen in crop plants. Moreover, we observed reduced susceptibility to B.c. in fruits of transgenic tomato plants overexpressing LYCOPENE β-CYCLASE, which contains elevated levels of endogenous β-I, providing a further evidence for its effect on B.c. infestation. Our work unraveled β-I as a further carotenoid-derived regulatory metabolite and indicates the possibility of establishing this natural volatile as an environmentally friendly bio-fungicide to control B.c.