The tomato naked mutant affects trichome development and plant growth

Abstract

Trichomes are hair-like structure derived from plant epidermis that acts as a plant defense against biotic and abiotic stresses. Trichomes exist in the wide range of plant species and are classified as either glandular or non-glandular types. Glandular trichomes function in chemical defense against herbivore, and non-glandular trichomes function as physiological barriers for biotic and environmental stresses. In this study, we characterized a monogenic recessive tomato mutant called naked. To analyze the morphology of trichomes on the naked mutant in detail, we observed trichomes with a dissecting microscope (DMS) and a scanning electron microscopy (SEM). Compared with wild-type plants which have four types of glandular (type I, IV, VI, VII) and three types of non-glandular (type II, III, V) trichomes on the all aerial tissue, the naked mutant does not have all types of trichomes on young stems. In addition, the naked mutant has shorter stems and fewer branches compared with wild-type plants. Genetic mapping experiments positioned the Naked locus within a 1.9 cM interval on chromosome 9. The physical distance of the mapping region is about 250 kb and this region contains 31 hypothetical genes. Based on candidate gene approaches, RT-PCR and genomic DNA PCR, we identified that 3 region of Solyc09g075140 (monoacylglycerol lipase, MAGL) gene was deleted in the naked mutant, suggesting that Solyc09g075140 is Naked gene. Now we are doing complementation experiment with naked mutant by expressing the wild-type SlMAGL gene from its native promoter.

모상체는 식물 표피에서 유래한 털과 유사한 구조로 단일 또는 다세포로 구성되어 식물에서 생물학적 및 비생물적 스트레스에 대항하여 방어 작용을 한다. 모상체는 넓은 범위의 식물 종에서 존재하며 glandular 또는 non-glandular로 나뉜다. Glandular 모상체는 초식 곤충에 대한 화학 방어 작용을 하며 non-glandular 모상체는 생물학적 및 환경적 스트레스에 대한 생리적 장벽으로 작용한다. 본 연구에서는 naked라는 열성 단일인자 돌연변이 토마토를 이용하였다. naked 돌연변이의 모상체 형태를 상세히 분석하기 위하여 해부 현미경과 주사 전자 현미경으로 모상체를 관찰한 결과, 4종류의 glandular 및 3종류의 non-glandular 모상체가 있는 야생종에 비하여 naked 돌연변이는 어린 줄기에서 모상체가 전혀 존재하지 않는 것을 관찰하였다. 또한 naked 돌연변이는 야생종에 비하여 줄기가 짧고 가지가 적은 결과도 확인할 수 있었다. naked 돌연변이에서 모상체 발달에 관여하는 유전자를 동정하기 위하여 유전자 지도 기반 클로닝을 수행한 결과 토마토 ９번 염색체에서 1.9 cM 간격 내에 Naked의 유전자좌를 배치시켰다. 후보 유전자 영역은 약 250 kb이고 이 영역은 31개의 후보 유전자를 포함한다. 후보 유전자 접근법, RT-PCR 및 genomic DNA PCR 결과를 바탕으로 Solyc09g075140 (monoacylglycerol lipase, MAGL) 유전자의 3' 영역이 naked 돌연변이체에서 결실되어 Solyc09g075140이 Naked 유전자임을 확인하였다. 현재 야생종의 SlMAGL 유전자를 천연 프로모터에서 발현시켜 naked mutant의 보완 실험을 진행하고 있다.