新規の長鎖非コードRNAであるCAN OF SPINACHは、シロイヌナズナにおける鉄欠乏反応に影響を与える
以下の論文は、鉄欠乏で発現誘導されるｍRNAのなかに、長鎖の非翻訳RNAが見出された。調べると、その配列の中にいくつかの鉄栄養関連の遺伝子が持つと類似の領域を持つことが見出された。そこで、この長鎖非翻訳RNAが、鉄関連の遺伝子発現制御に関係しているのではないかという発想をした。これまでも鉄欠乏で発現が誘導されるmRNAは多数見い出されていると考えられるが、その機能が不明の物(annotationされていない）はこれまで注目されてこなかったと思われる。著者らはその点に執着した。この長鎖非翻訳ｍRNAからいくつかのsmallRNAが分離されてきて相同配列を持つ鉄関連遺伝子の発現を制御していると考えているようだ。なかなか面白い発想だと思う。著者のWalker女史は鉄・ムギネ酸吸収トランスポーター：YSLの発見者である。今回のこの発見は、鉄栄養制御に関するｓmallRNAという新しい研究世界を切り開くものになるかもしれない。
新規の長鎖非コードRNAであるCAN OF SPINACHは、シロイヌナズナにおける鉄欠乏反応に影響を与える
CAN OF SPINACH, a novel long non-coding RNA, affects iron deficiency responses in Arabidopsis thaliana
Ahmet Bakirbas1,2 and Elsbeth L. Walker2*
1Plant Biology Graduate Program, Department of Biology, University of Massachusetts Amherst, Amherst, MA, United States, 2Department of Biology, University of Massachusetts Amherst, Amherst, MA, United States
Front. Plant Sci. 13:1005020.
doi: 10.3389/fpls.2022.1005020
要旨
ロング・ノン・コーディングRNA（lncRNA）は、タンパク質コードとは無関係の機能を持つRNA分子である。
シロイヌナズナの鉄欠乏条件下における全トランスクリプトーム（RNAseq）解析を行い、鉄で制御される遺伝子を明らかにした。
その結果、1番染色体上にこれまでnotationのなかった2つの転写産物が同定され、鉄で制御されていることがわかった。
この鉄で制御されているlncRNAをCAN OF SPINACH (COS)と名付けた。
cos変異体では、葉や種子における鉄分濃度が変化している。
cos変異体は、葉の鉄レベルが低いにもかかわらず、クロロフィルレベルが正常な植物よりも高い。
さらに、cos変異体は、鉄欠乏時の発達に異常がある。
cos変異体の根は、鉄欠乏培地で栽培された場合、WT植物よりも長い。
さらに、cos 変異体では、鉄欠乏時に一重項酸素が蓄積される。
このような COSが鉄欠乏反応に影響を与える機構は不明であるが、COSは鉄欠乏反応に関与するいくつかの遺伝子と配列が類似した小さな領域が存在し、これらの領域からsmall RNAが検出された。
我々は、COSが鉄欠乏状態への正常な適応に必要であるという仮説を持っている。
以下、全部の原著論文の全部の図の説明を翻訳しました。しかし、画面の都合上、図は、図１、図2、図６、図7のみを示しました。
図1 新規の長鎖非コードRNA（lncRNA）であるCAN OF SPINACH（COS）。
(A)遺伝子座の模式図。
上側の鎖に、 (AT1G13607、AT1G13608、AT1G13609）の3つの遺伝子が記載されている。
lncRNAのCOSは下鎖にある。
太いボックスはエクソン、線はイントロンを表す。
本研究で使用したT-DNA挿入変異体の位置を三角形で表す。
本研究で使用したプライマーを下部の矢印で表す。
(B) 鉄十分、鉄欠乏、鉄再供与の各条件下で、様々な予測される転写産物の発現量を表す棒グラフである。
RNAseqからの値は、100万個のマッピングされた断片あたりのエキソンキロベースあたりの断片（FPKM）として表される。
(C) プライマーCOS-F1およびCOS-R1を用いた、シュートからのトータルRNAを用いたRT-PCR。ゲノムDNAの混入がないことは、RTなしコントロールの増幅がないことで確認した。
cDNAはoligodT(20)を用いて合成した。
*** ns, not significant.
図2 WTとT-DNA変異体におけるCOSの発現。
(A) RT-PCRには2種類のプライマーセットを使用した。
T-DNA挿入部の上流にあるプライマーセットは薄い色で、挿入部の下流にあるプライマーセットは濃い色で示されている。
苗は、1/ 2X MS寒天培地で5日間培養し、その後3日間、鉄欠乏培地で生育させた。棒グラフ は、ACT2 に正規化した相対的な転写レベルの平均値±SD を表す（n = 3）。
(B)WTの芽および根におけるCOS転写産物の発現レベル。
苗は 50 mM Fe-EDTA を含む 1/2X MS 寒天培地で 14 日間培養し、その後 3 日間、Fe 十分か、 Fe欠乏の MS 寒天培地で生育させた。MS寒天培地で3日間生育させた。棒グラフは、ACT2（n = 3）で正規化した相対的な転写レベルの平均値±SDを表す。* はp値≦0.01を表す。**は p-value≦0.001、**はp-value≦0.0001、nsは有意でないことを表す。
図3 cos T-DNA 変異体の土壌での表現型。
市販のポッティングミックスで育てた植物の芽(A)と種子(C)の鉄濃度。結果は、組織 1g あたりの mg Fe で示した（n = 8）。
(B) WT (Col-0) および cos 変異体における FER1 の転写産物の発現レベル。苗は、1/
2X MS 寒天培地（50 mM Fe-EDTA 添加）で 14 日間培養した後、3 日間、Fe 欠乏 MS 寒天培地で生育させた。
棒グラフは、ACT2 に正規化した相対転写レベルの平均値±SD を表す（n = 3）。
(D) WT および cos 変異体の個々の種子重量は、10 個のバットの重量をサンプリングして測定した。
WTおよびcos変異体の個々の種子重量は、100個の種子の10個のバッチの重量をサンプリングすることによって決定された。* はp-value ≤ 0.01を表す。** はp値≦0.001を、**はp値≦0.0001を表す。ns, 有意でない。
図4 1/2XMS培地におけるcos T-DNA変異体の表現型。
(A) 14日間土壌で栽培した植物のシュート系の総クロロフィル濃度。
(B, C) 50 mM Fe-EDTA (+Fe) または Fe なし (-Fe) の 1/2X MS 寒天培地で 10 日間培養した苗の全根長。
(D)50 mM Fe-EDTA（+Fe）またはFe（-Fe）無添加の1/2X MS寒天培地で10日間生育させた実生。
* はp値≦0.01、**はp値≦0.001、***はp値≦0.0001、nsは有意でないことを表す。
図5 cos T-DNA 変異体の葉における活性酸素。
WTとcos変異体のシュートでの、酸化ストレスマーカーOXI1 (A) と一重項酸素マーカーAT3G03810 (B) のRT-PCR。幼苗は 50 mM Fe-EDTA を含む 1/2X MS 寒天培地で 14 日間培養し、その後、Fe-十分 または Fe-欠乏 MS 寒天培地で 3 日間生育させた。棒グラフは、ACT2に正規化した相対的な転写レベルの平均値±SDを示す（n=3）。(C)cos 変異体における一重項酸素の SOSG による検出。幼苗を 50 mM Fe-EDTA を含む 1/2X MS 寒天培地で 14 日間培養し、その後、Fe十分または Fe-欠乏 MS 寒天培地で 3 日間生育させた。
苗をSOSGで染色し、強光（500μmol photons m-2 s-1）下で30分間インキュベートした。SOSGの蛍光は緑で、クロロフィルの自家蛍光は赤で表した。* はp-value ≤ 0.01, **はp-value ≤ 0.01 を表す。
はp値≦0.001、***はp値≦0.0001、***はp値＜0.00001、、ns、有意でないことを表す。
図6 COS遺伝子座における小分子RNAの読み取り。
いくつかの鉄欠乏性遺伝子と配列相補性を持つCOS内の約600bp領域を模式的に示した。下段は、COSにマッピングされたFeと-Feの両サンプルからのsRNAseq読み取りを示す。
図7 cos変異体における鉄欠乏制御遺伝子の発現。
PYE (A), bHLH101 (B), ILR3/bHLH105 (C), IMA1 (D), BTSL1 (E) の発現量, およびbHLH38 (F)の転写産物をWTのシュートと根で観察した。
幼苗は50mMのFe-EDTAを含む1/2X MS寒天培地で14日間培養した後、Feが十分な培地またはFe不足のMS寒天培地で3日間生育させた。棒グラフは、ACT2 (n = 3)で正規化した相対的な転写レベルの平均値±SDを表す。* はp-value ≤ 0.01を表す。** はp値≦0.001、***はp値≦0.0001、nsは有意でないことを表す。
Fig.6
Fig.7