Functional Investigation of ACCELERATED CELL DEATH 6 in Shaping Natural Diversity of Age- and Salicylic Acid-Induced Leaf Senescence in Arabidopsis

Abstract

잎의 노화는 자연환경 속에서 식물의 적응력을 높이기 위한 필수적이며 진화적으로 보존된 과정이다. 잎의 노화는 나이가 들었을 때, 광합성을 통한 에너지 생성과 축적된 고분자 물질의 분해를 통한 에너지 생성 간의 밸런스를 조절하여 식물의 서식지 적응력을 높입니다. 노화의 시작과 진행은 유전적 및 환경적 요소 간의 상호작용에 의해 결정되며, 식물의 자연 서식지 내 적응에 있어 주요 요인으로 작용한다. 본 연구에서는 애기장대(Arabidopsis)의 자연 야생형 모집단에 연령 노화의 다양성을 유발하는 유전적 기전을 이해하는 것을 목표하였다. 이를 위해234개의 애기장대 야생형을 대상으로 고속 표현형 분석 시스템을 활용하여 잎의 노화 반응을 종합적이며 정량적으로 분석하였다. 이를 활용하여, 노화 형질과 연관된 환경 및 생리적 요소를 확인하였다. 전장 유전체 연관 지도 분석 (GWAS)을 통해 자연 잎 노화의 다양성을 유발할 수 있는 유전 변이로ACCELERATED CELL DEATH 6 (ACD6)를 발굴하였다. 조기 또는 늦은 노화 형질을 가진 자연 야생형에서ACD6를 제거하면 연령 유도 노화의 지연 정도가 다르게 나타나며, 이는 잎 연령 노화에서의 ACD6의 기능이 야생형별로 다르게 작용한다는 것을 의미한다. 더 나아가, ACD6이 살리실산 신호 전달 경로를 통해 잎 노화의 다양성을 조절하는 것을 확인하였다. 이를 통해 본 연구는 애기장대 자연 야생형 모집단에서의 잎 노화의 다양성을 제어하는 유전적, 환경적, 생리적 이해를 제공하며, ACD6를 통해 작물에서의 환경 적응력 및 생존을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.|Leaf senescence is an evolutionarily conserved process that is essential for plants’ fitness, as it adjusts the temporal balance of energy production between photosynthesis and catabolism. The onset and progression of senescence are determined by the interaction between genetic and environmental factors, making senescence one of the adaptation processes in plants around their natural habitats. In this study, I aimed to investigate the genetic basis of age-induced leaf senescence in Arabidopsis natural populations. By employing the phenome high-throughput investigator, I have successfully revealed comprehensive senescence responses among 234 Arabidopsis accessions. Additionally, I identified environmental and physiological factors that are highly associated with senescence phenotypes. Genome-wide association mapping discovered the ACCELERATED CELL DEATH 6 (ACD6) locus as a potential candidate for regulating the variation of senescence responses among natural accessions. Knocking out ACD6 in natural accessions with early and delayed senescence phenotypes resulted in different extents of delaying age-induced senescence, implying that the regulatory activities of ACD6 in leaf senescence are accession-dependent. Furthermore, my obtained data suggest that ACD6 is involved in the regulation of leaf senescence via the salicylic acid signaling pathway. Taken together, this study has provided molecular insights into the genetic regulation of leaf senescence in Arabidopsis natural populations, with the discovery of the key regulator ACD6, which may be a potential candidate for genetic modification to improve plant adaptation and survival.