A natural mutation of the NST1 gene arrests secondary cell wall biosynthesis in the seed coat of a hull-less pumpkin accession

生物 外套 基因 西葫芦 细胞壁 遗传学 普通小麦 植物 古生物学 染色体
作者
Xiaolong Lyu,Lu Shi,Meng Zhao,Zhangping Li,Nanqiao Liao,Yiqing Meng,Yuyuan Ma,Yulan Zhou,Xue Qin,Zhongyuan Hu,Jinghua Yang,Mingfang Zhang
出处
期刊:Horticulture research [Nature Portfolio]
卷期号:9 被引量:15
标识
DOI:10.1093/hr/uhac136
摘要

Hull-less pumpkins (Cucurbita pepo L.) are naturally occurring novel variants known as oilseed or naked-seeded pumpkins, and are characterized by the absence of a normal lignified seed coat. Due to a specialized seed coat structure, these variants serve as a good model for studying seed coat formation and simplify the processing of pumpkin seeds. However, causal genes for this hull-less trait still remain unknown. Here, by bulked segregant analysis and fine mapping, we found that mutation of a single gene, NAC SECONDARY WALL THICKENING PROMOTING FACTOR 1 (NST1), accounts for the hull-less trait. A 14-bp sequence insertion in the CpNST1 gene causes premature termination of CpNST1 translation, leading to lack of secondary cell wall (SCW) biosynthesis in hull-less seed coats. In situ hybridization analysis provided further evidence for the role of CpNST1 in pumpkin seed coat SCW biosynthesis. Interestingly, through secondary cell wall compositional analysis, we found that the main SCW components differed among cell layers in the seed coat. RNA-seq analysis indicated an upstream role of CpNST1 in the SCW biosynthesis network. Collectively, our findings provide mechanistic insight into seed coat SCW biosynthesis, and a target gene for breeders to introduce this hull-less trait for commercial exploitation.

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