Functional characterization of vacuolar sugar transporter homologs
Final Report Abstract
In der letzten Projektphase des SPP1108 wurden Gene aus zwei Untergruppen der MST-Familie (ERD6- und VGTl-like) mit hoher Homologie zu den AtSTPs untersucht, die aufgrund vorläufiger Daten für Tonoplasten-Transporter kodieren. Genauer untersucht wurden AtERD6.5, AtERD6.7, AtERD6.8, AtERD6.9, AtERDG.10 und AtERD6.12. Über gewebespezifische RT-PCR-Analysen und Promotor/GUS- und-GFP-Pflanzen wurden die entsprechenden Expressionsproflle bestimmt. Weiterführende RT-PCR-Analysen zeigten für alle AtERD6-Gene eine durch verschiedene äußere und innere Faktoren. GFP-Fusionen belegen die Lokalisation dieser Transporter in der Vakuolenmembran der Hefen als auch im Arabidopsis-Tonoplasten. Metabolit-Analysen zeigten, dass Aterd6.7-ko-Linien vermehrt Glukose in Blättern (höchstwahrscheinlich in der Vakuole) akkumulieren. Entsprechend zeigen AtERD6.7-Überexprimierer sowie auch AtERD6.7-exprimierende Hefen erniedrigte Glucoselevel. Dies deutet auf eine mögliche Glukose-Exportfunktion von AtERD6.7 aus der Vakuole hin. In den Mutanten-Linien für alle anderen AtERD6-Gene konnten bisher keine Veränderungen im Wachstum beobachtet werden. Mit der Herstellung multipler Mutanten wurde bereits begonnen. Des Weiteren wurden die Gene der AtVGT-Untergruppe untersucht. Für AtVGT1 und AtVGT2 konnte durch Expression eines GFP-Fusionsproteins sowohl in Hefe als auch in Arabidopsis-Protoplasten eine vakuoläre Lokalisation gezeigt werden. Über funktionelle Expression in Hefe konnte AtVGT1 als vakuoläre HVGlucose-Antiporter charakterisiert werden. Reporterpflanzen zeigen AtVGT1-Promotoraktivität ausschließlich in Pollen, während sich über RT-PCR auch eine niedrige Expression auch in allen anderen Geweben messen lässt. Die Untersuchung von Atvgt1-'knockout'-Mutanten weist auf eine wichtige Rolle von AtVGT1 bei der Samenkeimung und Blühinduktion hin. Das zweite Gen dieser Gruppe, AtVGT2, ist während der gesamten Entwicklung in fast allen Geweben exprimiert. Dennoch zeigten Atvgt2-'knockout'-Mutanten bisher keinen sichtbaren Phänotyp. AtXYL3 gehört aufgrund der starken Homologie ebenfalls in diese Unterfamilie, besitzt jedoch eine vorhergesagte Chloroplasten-Lokalisierungssequenz. Durch transiente Expression eines GFP-Fusionsproteins in Arabidopsis-Protoplasten konnte die Plastidenlokalisation bestätigt werden. Vermutlich führt diese Signalpeptid auch dazu, dass AtXYLB in der Hefe nicht exprimiert wird. Promotor/GUS-Pflanzen zeigten, dass AtXYLS in den meisten Geweben, am stärksten in Keimblättern und Antheren exprimiert wird. Reporterpflanzen und RT-PCR-Analysen deckten auf, dass die 4tXyt3-Expression durch Saccharose und Glukose reprimiert wird und im Keimlingsstadium lichtabhängig ist. 4txy/3-Mutanten zeigten einen verminderten Stärkegehalt (möglicherweise als Folge der veränderten Glucoseverfügbarkeit) sowie verfrühte Sprossbildung und höhere, stärker verzweigte Sprosse im Dauerlicht. Dies deutet auf eine Funktion beim Fluss von Glukose über die Plastidenhülle und beim transienten Stärkemetabiolismus hin.
Publications
- (2003) AtSTP6, a new pollen-specific H+-monosaccharide symporter from Arabidopsis thaliana. Plant Phys 131:70-77
Scholz-Starke, J., Büttner, M. and Sauer, N.
- (2003). Diurnal and light-regulated expression of AtSTP1 in guard cells of Arabidopsis. Plant Phys 133:528-537
Stadler, R., Büttner, M., Ache, P., Hedrich, R., Ivashikina, N., Melzer, M., Sherson, S.M., Smith, S.M. and Sauer, N.
- (2003). Functional characterization and expression-analyses of the glucose-specific AtSTP9 monosaccharide transporter in pollen of Arabidopsis. Plant Phys 133:182-190
Schneidereit, A., Scholz-Starke, J. and Büttner, M.
- (2005). AtSTP11, a pollen tube-specific monosaccharide transporter in Arabidopsis. Planta 221:48-55
Schneidereit, A., Scholz-Starke, J., Sauer, N. and Büttner, M.
- (2007) Identification and functional expression of the Arabidopsis thaliana vacuolar glucose transporter 1 and its role in seed germination and flowering. Proc Natl Acad Sci USA. 104(7):2537-42
Aluri, S. and Büttner, M.
- (2007) The Arabidopsis Monosaccharide Transporter(-like) Gene Family. FEBS Letters 581(12):2318-2324
Büttner, M.
