Ekspresja genów syntazy sacharazowej i pirofosforylazy UDP-glukozy w lisciach Arabidopsis thaliana (L.) HEYNH. w warunkach zmiennego poziomu fosforu i sacharozy

Abstract

Badano wpływ Pi oraz cukrów na ekspresją genów kodujących pirofosforylazę UDP-glukozy (Ugp) oraz syntazę sacharozową (Sus1) w liściach rzodkiewnika (Arabidopsis thaliana L. HEYNH.). Niedobór fosforu zwiększał ekspresję Ugp lecz nie wpływał na poziom transkryptu Sus1. Egzogennie podawany do liści Pi (20-200 mmol-dm⁻³) stymulował Sus1 i nie zmieniał ekspresji Ugp. Podawanie D-mannozy z prądem transpiracyjnym do liści wzmagało ekspresję obu genów, jednak Ugp stymulowane było przez znacznie niższe stężenie D-mannozy niż Sus1. Ekspresja genów kodujących pirofosforylazę UDP-glukozy oraz syntazę sacharozową znacząco wzrastała po podaniu do liści sacharozy; ekspresja Sus1 wzrastała również po podaniu glukozy, mannitolu i PEG. Podkarmienie sacharozą liści mutanta pho1 (z deficytem fosforu w pędzie) zwiększało ekspresję Ugp i Sus1 w podobnym stopniu jak u roślin dzikiego typu. Podanie sacharozy do liści mutanta pho2 (akumulator fosforu) w niewielkim stopniu wpływało na ekspresję Ugp natomiast ekspresja Sus1 wzrastała silniej niż u roślin kontrolnych. Zależny od sacharozy wzrost ekspresji Ugp był hamowany po podaniu do liści kwasu okadaikowego, inhibitora fosfataz, natomiast ekspresja Sus1 była indukowana przez ten inhibitor. Uzyskane wyniki sugerują udział różnorodnych mechanizmów w regulacji ekspresji Ugp i Sus1, w zależności od czynnika indukującego zmiany.The effect of inorganic phosphate (Pi) level and carbohydrate/osmotic status on expression of genes encoding UDP-glucose pyrophosphorylase (Ugp) and sucrose synthase (Sus1) were investigated in Arabidopsis thaliana (L.) HEYNH. leaves. Phosphate deficiency strongly induced Ugp gene expression and had no influence on the level of Sus1 transcript in the leaves of Arabidopsis. Feeding leaves with Pi, at the concentration of 20-200 mmol-dm⁻³, increased Sus1 expression and had no significant effect on Ugp transcript level. Genes for UDP-glucose pyrophosphorylase and sucrose synthase were found to be strongly regulated by sugar and sugar/osmoticum, respectively. The increase of Ugp and Sus1 expression after feeding of sucrose to the leaves of pho1 mutant of Arabidopsis was not significantly higher than the transcripts level in wild-type plants. Sucrose, exogenously provided to the leaves of pho2 mutant had lower effect on Ugp transcript level than in wild-type plants, however Sus1 upregulation was higher in pho2 than in w-t. Sucrose-related induction of Ugp was inhibited by okadaic acid, an inhibitor of protein phosphatases; on the other hand, Sus1 expression was enhanced after okadaic acid treatment. The obtained results suggest that Ugp and Sus1 genes expression, both P- modulated and sugar/osmoticum-dependent, are regulated via distinct sensing mechanisms and distinct signaling pathways and are closely involved in homeos- tatic readjustments of plant responses to environmental stresses