Genetic analysis of the tomato inquieta mutant links the ARP2/3 complex to trichome development

Abstract

모상체는 식물체의 표면에 발달된 털 구조이며, 초식 곤충에 대해 물리적, 화학적 방어 역할을 수행한다. 여기에서, 본 연구진은 inquieta (ini) 라는 토마토(Solanum lycopersicum) 단일 열성 돌연변이의 특징에 대해 설명을 하고자 한다. ini 식물의 모든 모상체는 형태학적으로 뚜렷한 결점이 보이며 이는 액틴 세포골격 형성과 관련이 있다. 유전자 지도 분석으로 Ini 유전자가 11번 염색체내 1.5cM 영역에 위치하는 것을 발견하였으며, 이 위치에는 액틴 섬유의 핵형성 및 중합에 관여하는 애기장대의 ARPC2A 유전자와 상동인 토마토 유전자가 있음을 확인하였다. 135개의 F2 세대를 대상으로 ARPC2A 유전자를 표지로 사용하였을 때, 목표 유전자와 ARPC2A 표지가 같이 분리되는 것을 확인 하였다. ARPC2A 유전자 전체를 야생종 토마토 및 ini 돌연변이 토마토로 RT-PCR과 gDNA PCR을

수행하였을 때, ini 돌연변이는 증폭이 되지 않았다. Flanking PCR과 Southern blot 분석은 ini 돌연변이에 약 6Kb 이상의 염기가 ARPC2A 5번 intron에 삽입된 것을

확인하였다. ini 돌연변이에 야생종 ARPC2A 유전자를 발현시킨 결과, 정상적인 모상체가 발달되었다. 이러한 결과는 ini 돌연변이가 액틴 세포골격 형성에 문제가 있었다는 것을 증명한다.

키워드 : ARP2/3 복합체, ARPC2A, Inquita, 지도 기반 클로닝, 토마토, 모상체

Trichomes are hair-like structures on the aerial surface of many plant species. Trichomes are well characterized for their roles as physical barriers and chemical defense against herbivore attack. Here, we describe the characterization of a monogenic recessive mutant of tomato (Solanum lycopersicum) called inquieta (ini). All trichome types on ini plants showed distinct morphological defects (e.g., swelling) that are known to be associated with defects in the actin cytoskeleton. Genetic mapping experiments positioned the Ini locus within a 1.5 cM interval on chromosome 11 that contains the tomato homolog of the Arabidopsis ARPC2A gene, which encodes a protein involved in nucleating the polymerization of actin filaments. Use of ARPC2A as a molecular marker showed that this gene strictly co-segregates with the target locus in a mapping population of 135 F2 plants. Reverse transcriptase (RT)-PCR and genomic PCR experiments showed that full-length ARPC2A is amplified in wild-type but not in the ini mutant. Flanking PCR and Southern blot analysis showed that the ini mutation corresponds to a complex ~6-kb insertion in the 5th intron of ARPC2A. Expression of a wild-type ARPC2A in the ini mutant background restored normal trichome development. These results provide molecular evidence that altered trichome development in the ini mutant is caused by a defect in actin cytoskeleton formation.

Keywords

ARP2/3-WAVE complex, ARPC2A, inquieta, Map-based cloning, trichome