綿花のα1,3-4-フコシルトランスフェラーゼをコードする遺伝子FucT4は、細胞伸長に重要な役割を果たしており、繊維品質と有意に関連している

A cotton α1,3-/4-fucosyltransferase-encoding gene, FucT4, plays an important role in cell elongation and is significantly associated with fiber quality.

• Xiaoguang Shang
• Lijie Zhu
• Yujia Duan
• Wangzhen Guo

抄録

フコシル化は、主要な翻訳後修飾の一つであり、植物において重要な役割を果たしています。α1,3-4-フコシルトランスフェラーゼは、GDP-L-フコースからN-グリカンにL-フコースを移動させ、フコシル化機能を発揮させる役割を担っている。しかし、綿花におけるフコシルトランスフェラーゼ遺伝子の役割は不明である。本研究では、その機能の可能性を網羅的に調べた。ゲノムワイド解析により、配列決定された4種の綿花、2倍体のGossypium raimondii、G. arboreum、4倍体のG. hirsutum acc. TM-1、およびG. barbadense cv.H7124をそれぞれ用いた。これらのFucTを2つのグループに分類し、FucT4ホモログ単独をグループとした。TM-1およびH7124においてFucT4を単離し、それぞれGhFucT4およびGbFucT4と命名した。定量的RT-PCRとトランスクリプトームデータから、GhFucT4はすべてのGhFucT遺伝子の中で最も繊維内で発現レベルが高いことが明らかになった。その結果、GhFucT4 は綿繊維の発達に関与している可能性があることが示唆された。GhFucT4とGbFucT4は高い配列同一性を共有しており、FucT4はTM-1と比較してH7124繊維組織において高い発現を示した。さらに、トランスジェニックシロイヌナズナにおけるFucT4の異所性発現は、根の細胞伸長を促進し、細胞壁の緩みに関連する遺伝子の発現を増加させ、原始根を長くすることを示した。これらの結果は、FucT4が細胞伸長の促進や繊維発達の調節に重要な役割を果たしていることを示しており、綿花育種における繊維品質の改善に利用できる可能性があることを示している。

Fucosylation, one of the key posttranslational modifications, plays an important role in plants. It is involved in the development, signal transduction, reproduction, and disease resistance. α1,3-/4-Fucosyltransferase is responsible for transferring L-fucose from GDP-L-fucose to the N-glycan to exert fucosylational functions. However, the roles of the fucosyltransferase gene in cotton remain unknown. This study provided a comprehensive investigation of its possible functions. A genome-wide analysis identified four, four, eight, and eight FucT genes presented in the four sequenced cotton species, diploid Gossypium raimondii, G. arboreum, tetraploid G. hirsutum acc. TM-1, and G. barbadense cv. H7124, respectively. These FucTs were classified into two groups, with FucT4 homologs alone as a group. We isolated FucT4 in TM-1 and H7124, and named it GhFucT4 and GbFucT4, respectively. Quantitative RT-PCR and transcriptome data demonstrated that GhFucT4 had the highest expression levels in fibers among all GhFucT genes. Association studies and QTL co-localization supported the possible involvement of GhFucT4 in cotton fiber development. GhFucT4 and GbFucT4 shared high sequence identities, and FucT4 had higher expression in H7124 fiber tissues compared with TM-1. Furthermore, ectopic expression of FucT4 in transgenic Arabidopsis promoted root cell elongation, upregulated expression of genes related to cell wall loosening, and led to longer primary root. These results collectively indicate that FucT4 plays an important role in promoting cell elongation and modulating fiber development, which could be utilized to improve fiber quality traits in cotton breeding.