Identification and characterization of key regulatory components involved in the development of type VI glandular trichomes in Solanum lycopersicum

Abstract

Trichome sind auf der Pflanzenoberfläche weit verbreitet und werden im Wesentlichen benötigt um Pflanzen gegen Insekten-Herbivorie zu verteidigen und sind auch für den Stoffwechsel von Pflanzen sehr vorteilhaft. Drüsen-Trichome sind vielzellige Strukturen, die in der Lage sind große Mengen sekundärer Metaboliten abzusondern. Die Tomate (Solanum lycopersicum cv. MicroTom), eine ökonomische Modelsorte, zeigt hauptsächlich mehrzellige Trichome auf der Blattoberfläche und ist ein gutes Beispiel für die Untersuchung der Entwicklung des glandulären Trichoms. Es ist bekannt, dass Jasmonsäure (JA) als Induktor der Entwicklung von Trichomen fungiert. Hier wurde eine vergleichende Transkriptomanalyse der sich entwickelnden Blätter von JA-behandeltem Wildtyp (WT) und der Jasmonsäure-unempfindlichen (jai1-1) - Mutante unter Verwendung des RNA-Sequenzierungsverfahrens durchgeführt. Vier der gemutmaßten Transkriptionsfaktoren (TFs) aus den Familien MYB, bHLH und HD-Zip wurden validiert und funktionell charakterisiert. Der Funktionsverlust von MYB4-ähnlichen und MYC2-Kandidaten zeigte eine signifikante Reduktion der Drüsen-trichome vom Typ VI, was auf ihre Rolle bei der Entwicklung von Drüsentrichomen in Tomaten hindeutet. Die Identifizierung und funktionelle Charakterisierung mutmaßlicher Transkriptionsfaktoren erweitert das Wissen über die molekularen Mechanismen und ihre Rolle bei der Bildung von Drüsentrichomen vom Typ VI.

Trichomes are widely present on the plant surface, essentially required to defend plants against insect-herbivory, but being also beneficial for plant metabolic activities. Glandular trichomes are multicellular structures, which are capable of secreting huge amounts of secondary metabolites. Tomato (Solanum lycopersicum cv. MicroTom) as a model economical crop, exhibits mainly multicellular trichomes on the leaf surface and represents a good example for studying glandular trichome development. It is well known that jasmonic acid (JA) functions as inductor of trichome development. Here, a comparative transcriptome analysis of developing leaves of JA-treated wild type (WT) and the jasmonic acid-insensitive1 (jai1-1) mutant was performed using RNA sequencing approach. Four of the putative transcription factors (TFs) from MYB, bHLH and HD-Zip families were validated and functionally characterized. Loss-of-function of MYB4-like and MYC2 candidates showed significant reduction in type VI glandular trichomes, indicating their role in the development of glandular trichomes in tomato. Taken together, the identification and functional characterization of putative transcription factors broadens the knowledge of the molecular mechanisms and their role in the formation of type VI glandular trichomes