Die funktionelle Bedeutung des Xylulose-5-Phosphat/Phosphattranslokators und verwandter Transporter für den Primär- und Sekundärmetabolismus in Arabidopsis thaliana
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die vier verschiedenen Phosphattranslokatoren (PT) der inneren Hüllmembran von Plastiden erfüllen zahlreiche Aufgaben beim kontrollierten Austausch von phosphorylierten Stoffwechselintermediaten und anorganischem Phosphat (Pi) zwischen Cytosol und Stroma. (1) Der Triosephosphat-PT (TPT) in Blättern exportiert TP aus der CO2-Assimilation vom Stroma ins Cytosol als Substrat für die Saccharosesynthese. (2) Der Glucose-6-Phosphat-PT (GPT) hingegen versorgt das Stroma von nicht-grünen Plastiden mit Glc6P als Substrat für die Synthese von Speicherstärke und/oder für den oxidativen Pentosephosphatweg (OPPP), bei dem Redoxenergie in Form von NADPH und Vorstufen für den Anabolismus gebildet werden. (3) Der Phosphoenolpyruvat (PEP)-PT (PPT) wird in grünen und nicht-grünen Geweben exprimiert und versorgt das Stroma mit PEP, das zusammen mit Erythrose-4-Phosphat als Vorstufe für den Shikimatweg zur Synthese aromatischer Aminosäuren dient, aus denen anschließend eine große Anzahl wichtiger Pflanzenbestandteile gewonnen werden. (4) Über die Rolle des Xylulose-5-Phosphat-PT (XPT), der das Bindeglied zwischen dem plastidären und dem extraplastidären OPPP darstellt, ist nur wenig bekannt. XPT-Mutanten in Arabidopsis thaliana weisen keinen vom Wildtyp unterscheidbaren Phänotyp auf. Doppelmutanten, bei denen die Funktion von XPT und TPT gleichzeitig inaktiviert ist, zeigen jedoch eine deutliche Beeinträchtigung des Wachstums und veränderte photosynthetische Eigenschaften, ähnlich denen der adg1/tpt-Doppelmutante. Dort sind sowohl der Export von Photoassimilaten aus dem Chloroplasten als auch die Bildung von transitorischer Stärke gehemmt. Basierend auf den Erkenntnissen der ersten Förderperiode sollte das Verständnis der Rolle des XPT, insbesondere in Kombination mit dem TPT, in den folgenden drei Teilprojekten vertieft werden. (1) Die Rolle des XPT unter Stressbedingungen, (2) detaillierte Analyse des Phänotyps der tpt/xpt-Doppelmutante und (3) alternative Wege für den PEP-Import in Plastiden. Ad 1 Der XPT ist an der Rückgewinnung von Pentosephosphaten aus dem extraplastidären Zweig des OPPP beteiligt. Pathogene sowie Salz- und osmotischer Stress erhöhen den Fluss durch diesen Zweig des OPPP und führen zu einer erhöhten Bildung von NADPH und reaktiven Sauerstoffspezies. Stressbedingungen sollten daher zu Beeinträchtigungen in der Einzelmutante führen. Ad 2 Der dramatische Phänotyp der xpt/tpt-Doppelmutante stand im Mittelpunkt des Projekts und sollte mit Hilfe der folgenden Ansätze analysiert werden: Untersuchungen der Metabolit-flüsse mittels 15N- und 13C-Markierung, Analyse der subzellulären Verteilung von Metaboliten nach nicht-wässriger Fraktionierung, detaillierte Bestimmung photosynthetischer Parameter, Generierung transgener Linien mit einer induzierbaren Repression von XPT im Hintergrund der tpt-Mutante. Der letztgenannte Ansatz sollte verwendet werden, um die Entwicklung des Phänotyps im Laufe der Zeit nach der Induktion des Repressors zu verfolgen und sollte mit Metabolom- und Transkriptomanalysen während der Kinetik nach der Induktion kombiniert werden. Ad 3 Der XPT ist in der Lage auch PEP zu transportieren. Da in Extrakten von Dreifachmutanten trotz Knock-out beider PPT-Gene und des XPT erhebliche PEP-Transportaktivitäten nachgewiesen wurden, sollte die Rolle beider GPTs beim PEP-Transport untersucht werden. Die Ziele des Projekts wurden leider weitestgehend nicht erreicht.
