Metabolic adaptation of phosphate-starved plants - Functional analyses of novel-type, intracellular phosphatases of the the HAD superfamily
Plant Cultivation, Plant Nutrition, Agricultural Technology
Final Report Abstract
Intrazellulärer Phosphatmangel resultiert in der Umprogrammierung des Zellstoffwechsels mit dem Ziel, eine optimale Phosphatnutzung einzustellen und die Metabolitflüsse abzusichern. Die Mobilisierung von Phosphat erfolgt aus phosphorylierten Metaboliten, Nukleinsäuren und Phospholipiden. Das Hauptziel des Projektes bestand in der Analyse der biologischen Rolle von Phosphoethanolamin/Phosphocholin-Phosphatasen (PECP), die eine bislang unbekannte Reaktion im Diacylglycerol (DAG)-Weg der Phospholipidsynthese ausführen. Mit Methoden der reversen Genetik, Transkriptionsanalysen und Metabolitmessungen über LC-MS/MS und GC-MS/MS konnte nachwiesen werden, dass PECP1 und PECP2 aus Arabidopsis thaliana in planta als Phosphoethanolamin-Phosphatasen wirken, wobei PECP2 ein konstitutiv exprimiertes Gen darstellt. PECP1 wird P-Mangel-abhängig hauptsächlich in Wurzel induziert. Der Ausfall von PECP1 in pecp1-Mutanten attenuiert signifikant sowohl das Absinken des Phosphoethanolamin-Spiegel als auch die Erhöhung des Ethanolamin-Spiegel. Eine Beeinflussung des bei P-Mangel stark sinkenden Phosphocholin-Spiegels in Wurzeln wurde nicht festgestellt. Lipidmessungen weisen in pecp1 auf eine Verstärkung der durch P-Mangel hervorgerufenen Änderung der Lipidzusammensetzung nach. Verschiedene, P-Mangel-induzierbare Phosphatasen anderer Pflanzenspecies wurden durch die enzymatische Charakterisierung der rekombinant in E. coli synthetisierten Proteine als PECP1-homologe Enzyme charakterisiert. Im Gegensatz zu den Phosphoethanolamin-Phosphatasen PECP1 und PECP2 kodiert das dritte Gen der Genfamilie für eine Pyrophosphat-spezifische Phosphatase AtPPP1, die in die Adaption des Kohlenhydratstoffwechsels bei P-Mangel involviert ist.
Publications
- (2012) Arabidopsis thaliana PECP1 – Enzymatic characterization and structural organization of the first plant phosphoethanolamine/phosphocholine phosphatase. BBA-Proteins and Proteomics 1824: 319-325
May A., Spinka M., Köck M.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.bbapap.2011.10.003) - (2014) Intracellular phosphatases in crops under phosphate-limited conditions. Tagungsbeitrag für 'Plant Nutrition: From basic understanding to better crops', Halle (Saale)
Ditfe, D., May, A., Tannert, M., Köck, M.
- (2014) Phosphatmangel-induzierte Phosphoethanolamin/Phosphocholin-Phosphatasen aus Pflanzen: Struktur, enzymatische Reaktionen und Funktionen. Dissertation Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
May, A.
