Charakterisierung vakuolärer Transportproteine aus Pflanzen unter besonderer Berücksichtigung abiotischer Stressbedingungen

I) Die Untersuchungen zum vakuolären Malat-Carrier AtTDT unterstützen die Annahme, dass seine Aktivität in den Schließzellen zum Öffnen und Schließen der Stomata beiträgt. Zudem erhöht wahrscheinlich die Aktivität von TDT in den Mesophyllzellen die Stomata-Dichte und den Stomata-Index. Im Rahmen einer osmotischen Anpassung vermittelt der Transporter eine Malat-Akkumulation, die in den TDT-Knockout-Mutanten beeinträchtigt ist und durch erhöhte Citrat-Gehalte kompensiert wird. Darüber hinaus beschleunigt TDT unter Kurztag-Bedingungen den Eintritt in die generative Phase. Eine Funktion von TDT in der Salztoleranz kann nach metabolischen und phänotypischen Analysen ausgeschlossen werden. II) Die tonoplastidären Monosaccharid-Transporter regulieren bei Kälte in Blättern nicht nur die Monosaccharid-Gehalte, sondern wirken auch positiv auf Photosynthese und Stärkegehalte. Das Ausschalten der TMT-Gene führt unter den gewählten Kältebedingungen zu einer erhöhten Synthese von Saccharose und zu einer gesteigerten Respirationsrate. Insbesondere unter Wassermangel wirkt sich die Aktivität der tonoplastidären Monosaccharid-Transporter positiv auf die Keimungsrate aus. III) Die Bestimmung von Zuckergehalten in Blättern indiziert, dass die tonoplastidären Transportproteine AtERD6.7 und BvIMP Glukose aus der Vakuole transportieren, während AtERD6.5 womöglich Fruktose aus der Vakuole transportiert. Als Transportmechanismus wird aufgrund der Homologie zu den GLUT-Proteinen eine erleichterte Diffusion angenommen. Die Aktivität der Carrier scheint insbesondere nach Kältephasen von Bedeutung zu sein, wenn vakuolär gespeicherte Zucker mobilisiert werden. ERD6.7 fördert gemäß den durchgeführten Keimungstests die Samen-Dormanz

Charakterisierung vakuolärer Transportproteine aus Pflanzen unter besonderer Berücksichtigung abiotischer Stressbedingungen

I) Die Untersuchungen zum vakuolären Malat-Carrier AtTDT unterstützen die Annahme, dass seine Aktivität in den Schließzellen zum Öffnen und Schließen der Stomata beiträgt. Zudem erhöht wahrscheinlich die Aktivität von TDT in den Mesophyllzellen die Stomata-Dichte und den Stomata-Index. Im Rahmen einer osmotischen Anpassung vermittelt der Transporter eine Malat-Akkumulation, die in den TDT-Knockout-Mutanten beeinträchtigt ist und durch erhöhte Citrat-Gehalte kompensiert wird. Darüber hinaus beschleunigt TDT unter Kurztag-Bedingungen den Eintritt in die generative Phase. Eine Funktion von TDT in der Salztoleranz kann nach metabolischen und phänotypischen Analysen ausgeschlossen werden. II) Die tonoplastidären Monosaccharid-Transporter regulieren bei Kälte in Blättern nicht nur die Monosaccharid-Gehalte, sondern wirken auch positiv auf Photosynthese und Stärkegehalte. Das Ausschalten der TMT-Gene führt unter den gewählten Kältebedingungen zu einer erhöhten Synthese von Saccharose und zu einer gesteigerten Respirationsrate. Insbesondere unter Wassermangel wirkt sich die Aktivität der tonoplastidären Monosaccharid-Transporter positiv auf die Keimungsrate aus. III) Die Bestimmung von Zuckergehalten in Blättern indiziert, dass die tonoplastidären Transportproteine AtERD6.7 und BvIMP Glukose aus der Vakuole transportieren, während AtERD6.5 womöglich Fruktose aus der Vakuole transportiert. Als Transportmechanismus wird aufgrund der Homologie zu den GLUT-Proteinen eine erleichterte Diffusion angenommen. Die Aktivität der Carrier scheint insbesondere nach Kältephasen von Bedeutung zu sein, wenn vakuolär gespeicherte Zucker mobilisiert werden. ERD6.7 fördert gemäß den durchgeführten Keimungstests die Samen-Dormanz

A Novel Arabidopsis Vacuolar Glucose Exporter Is Involved in Cellular Sugar Homeostasis and Affects the Composition of Seed Storage Compounds1[W][OA]

Subcellular sugar partitioning in plants is strongly regulated in response to developmental cues and changes in external conditions. Besides transitory starch, the vacuolar sugars represent a highly dynamic pool of instantly accessible metabolites that serve as energy source and osmoprotectant. Here, we present the molecular identification and functional characterization of the vacuolar glucose (Glc) exporter Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) Early Responsive to Dehydration-Like6 (AtERDL6). We demonstrate tonoplast localization of AtERDL6 in plants. In Arabidopsis, AtERDL6 expression is induced in response to factors that activate vacuolar Glc pools, like darkness, heat stress, and wounding. On the other hand, AtERDL6 transcript levels drop during conditions that trigger Glc accumulation in the vacuole, like cold stress and external sugar supply. Accordingly, sugar analyses revealed that Aterdl6 mutants have elevated vacuolar Glc levels and that Glc flux across the tonoplast is impaired under stress conditions. Interestingly, overexpressor lines indicated a very similar function for the ERDL6 ortholog Integral Membrane Protein from sugar beet (Beta vulgaris). Aterdl6 mutant plants display increased sensitivity against external Glc, and mutant seeds exhibit a 10% increase in seed weight due to enhanced levels of seed sugars, proteins, and lipids. Our findings underline the importance of vacuolar Glc export during the regulation of cellular Glc homeostasis and the composition of seed reserves

Increased Activity of the Vacuolar Monosaccharide Transporter TMT1 Alters Cellular Sugar Partitioning, Sugar Signaling, and Seed Yield in Arabidopsis1[OA]

The extent to which vacuolar sugar transport activity affects molecular, cellular, and developmental processes in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) is unknown. Electrophysiological analysis revealed that overexpression of the tonoplast monosaccharide transporter TMT1 in a tmt1-2::tDNA mutant led to increased proton-coupled monosaccharide import into isolated mesophyll vacuoles in comparison with wild-type vacuoles. TMT1 overexpressor mutants grew faster than wild-type plants on soil and in high-glucose (Glc)-containing liquid medium. These effects were correlated with increased vacuolar monosaccharide compartmentation, as revealed by nonaqueous fractionation and by chlorophyllab-binding protein1 and nitrate reductase1 gene expression studies. Soil-grown TMT1 overexpressor plants respired less Glc than wild-type plants and only about half the amount of Glc respired by tmt1-2::tDNA mutants. In sum, these data show that TMT activity in wild-type plants limits vacuolar monosaccharide loading. Remarkably, TMT1 overexpressor mutants produced larger seeds and greater total seed yield, which was associated with increased lipid and protein content. These changes in seed properties were correlated with slightly decreased nocturnal CO2 release and increased sugar export rates from detached source leaves. The SUC2 gene, which codes for a sucrose transporter that may be critical for phloem loading in leaves, has been identified as Glc repressed. Thus, the observation that SUC2 mRNA increased slightly in TMT1 overexpressor leaves, characterized by lowered cytosolic Glc levels than wild-type leaves, provided further evidence of a stimulated source capacity. In summary, increased TMT activity in Arabidopsis induced modified subcellular sugar compartmentation, altered cellular sugar sensing, affected assimilate allocation, increased the biomass of Arabidopsis seeds, and accelerated early plant development