Genomic characterization and physical mapping of two fucosyltransferase genes in Medicago truncatula

Alexandra Castilho, Margarida Cunha, Ana Rita Afonso, Leonor Morais-Cecílio, Pedro S. Fevereiro, and Wanda Viegas

Abstract: Fucosyltransferases catalyse fucose transfer onto oligosaccharides. Two fucosylated structures have been identified in plants: the α1,4-fucosylated Lewis-a epitope and the α1,3-fucosylated core. Here we report the cloning, genomic characterization, and physical mapping of two genes encoding proteins similar to α1,4-fucosyltransferase (EC 2.4.1.65, MtFUT1) and α1,3-fucosyltransferase (EC 2.4.1.214, MtFUT2) in Medicago truncatula. Analysis of the genomic organization of the fucosyltransferase genes in M. truncatula, revealed the presence of two genomic variants of the MtFUT1 gene coding sequence, one containing a single intron and the other intronless, whereas in MtFUT2, the gene coding region is interrupted by four introns. Using for the first time fluorescence in situ hybridization (FISH) to physically map fucosyltransferase genes in plants, this study reveals a high genomic dispersion of these genes in Medicago. The MtFUT1 genes are mapped on chromosomes 4, 7, and 8, colocalizing on three of the five MtFUT2 loci. Chromosomes 1 and 5 carry the additional MtFUT2 loci. Moreover, the intensity of the FISH signals reveals marked differences in the number of gene copies per locus for both genes. Simultaneous mapping of rRNA genes on chromosome 5 shows that several MTFUT2 gene loci are inserted within the rDNA array. Insertions of coding DNA sequences into the rDNA repeats were never reported to date.

Key words: core α1,3-fucosyltransferase gene, α1,4-fucosyltransferase gene, genomic organization, in situ hybridization, Medicago truncatula.

Résumé : Les fucosyltransférases catalysent l'ajout de fucose sur des oligosaccharides. Deux structures fucosylées ont été identifiées chez les plantes : l'épitope Lewis-a α1,4-fucosylé et le noyau α1,3-fucosylé. Les auteurs rapportent ici le clonage, la caractérisation et la cartographie physique de deux gènes codant pour des protéines semblables à l'α1,4-fucosyltransférase (EC 2.4.1.65, MtFUT1) et à l'α1,3-fucosyltransférase (EC 2.4.1.214, MtFUT2) chez le Medicago truncatula. L'examen de l'organisation génomique des gènes codant pour ces fucosyltransférases chez le M. truncatula a révélé la présence de deux variants génomiques de MtFUT1, l'un avec un intron et l'autre sans, tandis que le gène MtFUT2 contient quatre introns. En faisant appel à l'hybridation in situ en fluorescence (FISH) pour déterminer l'emplacement physique de ces gènes codant pour des fucosyltransférases, une première chez les plantes, les auteurs ont observé une grande dispersion génomique de ces gènes chez le genre Medicago. Les gènes MtFUT1 sont situés sur les chromosomes 4, 7 et 8 et colocalisent avec trois des cinq locus MtFUT2. Les chromosomes 1 et 5 portent les deux autres locus MtFUT2. De plus, l'intensité des signaux FISH indique des différences marquées quant au nombre de copies géniques à chaque locus pour ces deux gènes. La cartographie simultanée des gènes codant pour les ARNr sur le chromosome 5 a révélé que plusieurs locus MtFUT2 sont insérés au sein de la suite d'ADNr. Des insertions d'ADN codant au sein de répétitions d'ADNr n'a jamais été rapportée.

Mots clés : gène de l'α1,3-fucosyltransférase centrale, gène de l'α1,4-fucosyltransférase, organisation génomique, hybridation in situ. Medicago truncatula.

[Traduit par la Rédaction]