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Musseau C, Jorly J, Gadin S, Sørensen I, Deborde C, Bernillon S, Mauxion JP, Atienza I, Moing A, Lemaire-Chamley M, Rose JKC, Chevalier C, Rothan C, Fernandez-Lochu L, Gévaudant F. The Tomato Guanylate-Binding Protein SlGBP1 Enables Fruit Tissue Differentiation by Maintaining Endopolyploid Cells in a Non-Proliferative State. Plant Cell 2020; 32:3188-3205. [PMID: 32753430 PMCID: PMC7534463 DOI: 10.1105/tpc.20.00245] [Citation(s) in RCA: 8] [Impact Index Per Article: 2.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/27/2020] [Revised: 07/06/2020] [Accepted: 07/31/2020] [Indexed: 05/12/2023]
Abstract
Cell fate maintenance is an integral part of plant cell differentiation and the production of functional cells, tissues, and organs. Fleshy fruit development is characterized by the accumulation of water and solutes in the enlarging cells of parenchymatous tissues. In tomato (Solanum lycopersicum), this process is associated with endoreduplication in mesocarp cells. The mechanisms that preserve this developmental program, once initiated, remain unknown. We show here that analysis of a previously identified tomato ethyl methanesulfonate-induced mutant that exhibits abnormal mesocarp cell differentiation could help elucidate determinants of fruit cell fate maintenance. We identified and validated the causal locus through mapping-by-sequencing and gene editing, respectively, and performed metabolic, cellular, and transcriptomic analyses of the mutant phenotype. The data indicate that disruption of the SlGBP1 gene, encoding GUANYLATE BINDING PROTEIN1, induces early termination of endoreduplication followed by late divisions of polyploid mesocarp cells, which consequently acquire the characteristics of young proliferative cells. This study reveals a crucial role of plant GBPs in the control of cell cycle genes, and thus, in cell fate maintenance. We propose that SlGBP1 acts as an inhibitor of cell division, a function conserved with the human hGBP-1 protein.
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Affiliation(s)
- Constance Musseau
- Université de Bordeaux, Institut National de la Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Biologie du Fruit et Pathologie, Unité Mixte de Recherche 1332, 33140 Villenave d'Ornon, France
| | - Joana Jorly
- Université de Bordeaux, Institut National de la Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Biologie du Fruit et Pathologie, Unité Mixte de Recherche 1332, 33140 Villenave d'Ornon, France
| | - Stéphanie Gadin
- Université de Bordeaux, Institut National de la Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Biologie du Fruit et Pathologie, Unité Mixte de Recherche 1332, 33140 Villenave d'Ornon, France
| | - Iben Sørensen
- Plant Biology Section, School of Integrative Plant Science, Cornell University, Ithaca, New York 14853
| | - Catherine Deborde
- Université de Bordeaux, Institut National de la Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Biologie du Fruit et Pathologie, Unité Mixte de Recherche 1332, 33140 Villenave d'Ornon, France
- PMB-Metabolome, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation, et l'Environnement, Unité Mixte de Recherche 2018, Bordeaux Metabolome Facility, 33140 Villenave d'Ornon, France
| | - Stéphane Bernillon
- Université de Bordeaux, Institut National de la Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Biologie du Fruit et Pathologie, Unité Mixte de Recherche 1332, 33140 Villenave d'Ornon, France
- PMB-Metabolome, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation, et l'Environnement, Unité Mixte de Recherche 2018, Bordeaux Metabolome Facility, 33140 Villenave d'Ornon, France
| | - Jean-Philippe Mauxion
- Université de Bordeaux, Institut National de la Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Biologie du Fruit et Pathologie, Unité Mixte de Recherche 1332, 33140 Villenave d'Ornon, France
| | - Isabelle Atienza
- Université de Bordeaux, Institut National de la Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Biologie du Fruit et Pathologie, Unité Mixte de Recherche 1332, 33140 Villenave d'Ornon, France
| | - Annick Moing
- Université de Bordeaux, Institut National de la Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Biologie du Fruit et Pathologie, Unité Mixte de Recherche 1332, 33140 Villenave d'Ornon, France
- PMB-Metabolome, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation, et l'Environnement, Unité Mixte de Recherche 2018, Bordeaux Metabolome Facility, 33140 Villenave d'Ornon, France
| | - Martine Lemaire-Chamley
- Université de Bordeaux, Institut National de la Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Biologie du Fruit et Pathologie, Unité Mixte de Recherche 1332, 33140 Villenave d'Ornon, France
| | - Jocelyn K C Rose
- Plant Biology Section, School of Integrative Plant Science, Cornell University, Ithaca, New York 14853
| | - Christian Chevalier
- Université de Bordeaux, Institut National de la Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Biologie du Fruit et Pathologie, Unité Mixte de Recherche 1332, 33140 Villenave d'Ornon, France
| | - Christophe Rothan
- Université de Bordeaux, Institut National de la Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Biologie du Fruit et Pathologie, Unité Mixte de Recherche 1332, 33140 Villenave d'Ornon, France
| | - Lucie Fernandez-Lochu
- Université de Bordeaux, Institut National de la Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Biologie du Fruit et Pathologie, Unité Mixte de Recherche 1332, 33140 Villenave d'Ornon, France
| | - Frédéric Gévaudant
- Université de Bordeaux, Institut National de la Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Biologie du Fruit et Pathologie, Unité Mixte de Recherche 1332, 33140 Villenave d'Ornon, France
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