Glyphosate's impact on vegetative growth in leafy spurge identifies molecular processes and hormone cross-talk associated with increased branching.
BMC Genomics · 2015 · 16:395 · PMID 25986459 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물
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배경: 잎스퍼지(Euphorbia esula)는 다년생 잡초로, 지하에 풍부한 부정근 눈으로부터 새로운 영양 생장점의 형성을 통해 글리포세이트 내성이 있는 것으로 간주된다. 엽면 살포된 글리포세이트의 치사 농도 이하 처리된 잎스퍼지 식물은 주 줄기 신장이 감소하고 분지가 증가한 새로운 영양 생장점을 생성한다. 글리포세이트 유도 표현형과 관련된 과정들은 글리포세이트 처리 및 미처리 식물의 왕관 눈에서 얻은 공중 생장점(aerial shoots)을 이용하여 RNAseq으로 결정되었다. 또한, 이러한 동일 샘플들로부터의 시키미산 또는 식물호르몬(앱시스산, 옥신, 사이토키닌, 지베렐린) 축적량과 전사체 풍부도 간의 상관관계를 밝히기 위해 비교 분석을 수행하였다. 결과: 전사체 조립 및 분석은 12,918개 전사체(FDR ≤ 0.05)에서 차등적인 풍부도를 확인하였으며, 이는 글리포세이트에 대한 반응으로 활발하게 성장하는 분지 증가와 일치하는 생장점 분단원 유지 및 줄기 성과 관련된 수많은 과정을 강조하였다. 엽면 살포된 글리포세이트는 지상 생장점을 절단하기 전 왕관 눈에서 시키미산의 풍부도를 증가시켰는데, 이는 글리포세이트의 표적 부위인 5-엔올피루빌시키미산 3-인산(EPSPS)이 억제되었음을 나타낸다. 그러나 처리 및 미처리 식물의 왕관 눈에서 유래한 후속 세대 공중 생장점에서는 시키미산의 풍부도가 유사하여, EPSPS가 더 이상 억제되지 않았거나 초기 왕관 눈에서 관찰된 시키미산의 풍부도가 시간이 지남에 따라 소실되었음을 시사한다. 전반적으로, 옥신, 지베렐린(생물활성 지베렐린의 전구체 및 대사 산물), 그리고 사이토키닌(전구체 및 생물활성 사이토키닌)은 글리포세이트 처리된 식물에서 유래한 공중 생장점에서 더 풍부하였다. 결론: 전체 데이터를 바탕으로, 글리포세이트 유도 표현형은 생장점 분단원 유지, 호르몬 생합성 및 신호 전달(옥신, 사이토키닌, 지베렐린, 스트리고락톤), 세포 수송 및 해독 메커니즘이 관련된 복잡한 상호작용의 결과로 발생한다고 제안한다.ORIGINAL ABSTRACT
BACKGROUND: Leafy spurge (Euphorbia esula) is a perennial weed that is considered glyphosate tolerant, which is partially attributed to escape through establishment of new vegetative shoots from an abundance of underground adventitious buds. Leafy spurge plants treated with sub-lethal concentrations of foliar-applied glyphosate produce new vegetative shoots with reduced main stem elongation and increased branching. Processes associated with the glyphosate-induced phenotype were determined by RNAseq using aerial shoots derived from crown buds of glyphosate-treated and -untreated plants. Comparison between transcript abundance and accumulation of shikimate or phytohormones (abscisic acid, auxin, cytokinins, and gibberellins) from these same samples was also done to reveal correlations. RESULTS: Transcriptome assembly and analyses confirmed differential abundance among 12,918 transcripts (FDR ≤ 0.05) and highlighted numerous processes associated with shoot apical meristem maintenance and stem growth, which is consistent with the increased number of actively growing meristems in response to glyphosate. Foliar applied glyphosate increased shikimate abundance in crown buds prior to decapitation of aboveground shoots, which induces growth from these buds, indicating that 5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate (EPSPS) the target site of glyphosate was inhibited. However, abundance of shikimate was similar in a subsequent generation of aerial shoots derived from crown buds of treated and untreated plants, suggesting EPSPS is no longer inhibited or abundance of shikimate initially observed in crown buds dissipated over time. Overall, auxins, gibberellins (precursors and catabolites of bioactive gibberellins), and cytokinins (precursors and bioactive cytokinins) were more abundant in the aboveground shoots derived from glyphosate-treated plants. CONCLUSION: Based on the overall data, we propose that the glyphosate-induced phenotype resulted from complex interactions involving shoot apical meristem maintenance, hormone biosynthesis and signaling (auxin, cytokinins, gibberellins, and strigolactones), cellular transport, and detoxification mechanisms.| 저자 | Doğramacı, M.; Foley, M. E.; Horvath, D. P.; Hernandez, A. G.; Khetani, R. S.; Fields, C. J.; Keating, K. M.; Mikel, M. A.; Anderson, J. V. |
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| 저널 | BMC genomics |
| 권·호·쪽 | 16(1), 395 |
| PMID | 25986459 |
| DOI | 10.1371/journal.pone.0042839 |
| MeSH | Chorismic Acid; Euphorbia; Glycine; Herbicides; Plant Growth Regulators; Plant Shoots; Plant Stems; Sequence Analysis, RNA; Shikimic Acid; Signal Transduction; Transcriptome; Glyphosate |