miR319を標的としたGhTCP4は、綿繊維の細胞伸長から細胞壁の肥厚への移行を促進する

The miR319-Targeted GhTCP4 Promotes the Transition from Cell Elongation to Wall Thickening in Cotton Fiber.

• Jun-Feng Cao
• Bo Zhao
• Chao-Chen Huang
• Zhi-Wen Chen
• Ting Zhao
• Hong-Ru Liu
• Guan-Jing Hu
• Xiao-Xia Shangguan
• Chun-Min Shan
• Ling-Jian Wang
• Tian-Zhen Zhang
• Jonathan F Wendel
• Xue-Ying Guan
• Xiao-Ya Chen

抄録

植物細胞の成長には、細胞壁の拡大、生合成、および特定の組織では二次細胞壁（SCW）の沈着の間の複雑な相互作用が関与しているが、これらのプロセスの調整はまだ捉えどころのないままである。綿繊維の細胞は発生が同期しており、非常に伸長しており、成熟するとほぼ純粋なセルロースを含んでいる。ここでは、転写因子GhTCP4が綿繊維細胞の伸長と壁合成のバランスをとる上で重要な役割を果たしていることを報告する。繊維の発達過程では、miR319の発現が低下する一方で、GhTCP4の転写因子のレベルが上昇し、後者のレベルが高いとSCWの沈着が促進される。GhTCP4はホメオボックス含有因子GhHOX3と相互作用し、その転写活性を抑制する。GhTCP4とGhHOX3は拮抗的に機能して細胞伸長を制御し、それによって繊維細胞のSCW期への移行の時間的制御を確立した。GhTCP4Aを過剰発現させると、トランスクリプトーム解析やプロモーター活性解析によって明らかになったように、繊維細胞におけるSCW生合成経路の活性化が亢進し、長さの異なる短い繊維や厚い繊維が得られることがわかった。対照的に、GhTCP4のダウンレギュレーションは、繊維がわずかに長く、細胞壁が薄いことを示した。GhHOX3-GhTCP4複合体は、両方とも多くの種において保存されている因子であるため、植物の細胞発生の一般的なメカニズムを表している可能性があり、繊維形質の設計のための分子ツールとなる可能性がある。

Plant cell growth involves a complex interplay among cell-wall expansion, biosynthesis, and, in specific tissues, secondary cell wall (SCW) deposition, yet the coordination of these processes remains elusive. Cotton fiber cells are developmentally synchronous, highly elongated, and contain nearly pure cellulose when mature. Here, we report that the transcription factor GhTCP4 plays an important role in balancing cotton fiber cell elongation and wall synthesis. During fiber development the expression of miR319 declines while GhTCP4 transcript levels increase, with high levels of the latter promoting SCW deposition. GhTCP4 interacts with a homeobox-containing factor, GhHOX3, and repressing its transcriptional activity. GhTCP4 and GhHOX3 function antagonistically to regulate cell elongation, thereby establishing temporal control of fiber cell transition to the SCW stage. We found that overexpression of GhTCP4A upregulated and accelerated activation of the SCW biosynthetic pathway in fiber cells, as revealed by transcriptome and promoter activity analyses, resulting in shorter fibers with varied lengths and thicker walls. In contrast, GhTCP4 downregulation led to slightly longer fibers and thinner cell walls. The GhHOX3-GhTCP4 complex may represent a general mechanism of cellular development in plants since both are conserved factors in many species, thus providing us a potential molecular tool for the design of fiber traits.

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