Posttranslationale Regulation der Saccharose-Biosynthese: Kopplung von Protein-Protein Interaktionen mit Signaltransduktionsprozessen durch Metabolite
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Saccharose-Phosphat Synthase (SPS) katalysiert einen Raten-limitierenden Schritt der Saccharosesynthese. In höheren Pflanzen wird die SPS von einer kleinen Genfamilie repräsentiert, so sind z.B. im Genom von Arabidopsis thaliana vier SPS Gene annotiert. Es war bisher allerdings nicht bekannt ob alle vier SPS Gene für aktive Enzyme kodieren bzw. wie sich die verschiedenen Isoformen funktionell und biochemisch unterscheiden. Durch Expression der Arabidopsis SPS Isoformen in der Hefe Saccharomyces cerevisiae konnte im Rahmen des Projektes gezeigt werden, dass alle vier Enzyme SPS Aktivität besitzen wobei offensichtlich Unterschiede hinsichtlich der Aktivität und der allosterischen Regulation zwischen den Isoformen besteht. In der Literatur wird angenommen, dass die SPS Bestandteil eines Multienzymkomplexes ist der eine Substratkanalisierung und damit eine Effizienzsteigerung der Saccharossynthese ermöglicht. Versuche weitere Komponenten dieses Proteinkomplexes zu identifizieren waren aufgrund von Limitierungen der verwendeten Ansätze (Hefe Two-Hybrid und Tap-Tagging) bisher nicht erfolgreich und müssen mit alternativen Methoden fortgeführt werden. Expressionstudien mittels SPS Promotor::GUS Reportergenfusionen in transgenen Arabidopsis Pflanzen zeigen für die einzelnen SPS Gene distinkte Expressionsmuster. Aufgrund dieser Daten lässt sich folgern, dass die SPSA1 und SPSC Isoformen die vorherrschenden Enzyme im Blatt darstellen, während die B-Isoform in Pollen und die A2 Isoform unter Standardbedingungen überhaupt nicht exprimiert wird. Für die Isoformen SPSA1 und SPSC konnten Arabidopsis Verlustmutanten isoliert werden. Eine physiologische Analyse dieser Pflanzen zeigte jedoch, dass weder der Verlust der SPSA1 noch der SPSC einen Einfluss auf die Kohlenhydratgehalte in Blättern dieser Pflanzen hatte. Zukünftige Untersuchungen müssen klären wie sich ein Verlust der anderen beiden Isoformen auswirkt bzw. müssen durch die Herstellung von Mehrfachmutanten funktionelle Redundanzen zwischen den Isoformen untersucht werden. In einem weiteren Ansatz wurde eine mögliche Signalfunktion von Saccharose-6-phosphat (S6P), dem Produkt der SPS Reaktion, bei der Genregulation in Kartoffelknollen untersucht. Wir konnten zeigen, dass transgenen Kartoffelknollen mit reduzierter Saccharose-Phosphat Phosphatase Aktivität die Akkumulation von S6P negativ mit der Expression der Vacuolären- Invertase korreliert, was auf eine mögliche Rolle von S6P bei der Regulation der Genexpression hindeutet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2008) RNA – interference mediated repression of sucrose-phosphatase in transgenic potato tubers (Solanum tuberosum) strongly affects the hexose to sucrose ratio upon cold storage with only minor effects on total soluble carbohydrate accumulation. Plant Cell and Environment 31: 165-176
Chen, S., Hajirezaei, M.R., Zanor, M.-I., Hornyik, C., Debast, S., Lacomme, C., Fernie, A.R., Sonnewald, U., Börnke, F.
