Normales Wachstum von Arabidopsis erfordert zytosolische Invertase, aber nicht Saccharose-Synthase

Der Eintritt von Kohlenstoff aus Saccharose in den zellulären Stoffwechsel von Pflanzen kann potenziell entweder durch Saccharose-Synthase (SUS) oder Invertase (INV) katalysiert werden. Diese zwei Wege haben unterschiedliche Auswirkungen auf den zellulären Stoffwechsel im Allgemeinen und auf die Produktion von Schlüsselmetaboliten, einschließlich des Zellwandvorläufers UDP-Glukose. Um die Bedeutung dieser zwei Wege des Saccharosekatabolismus in Arabidopsis thaliana (L.) zu untersuchen, erzeugten wir Mutantenpflanzen, denen 4 der 6 Isoformen von SUS fehlen. Diese Mutanten (sus1/sus2/sus3/sus4 Mutanten) weisen in allen Zelltypen außer im Phloem keine SUS-Aktivität auf. Überraschenderweise sind die Mutantenpflanzen hinsichtlich Stärke- und Zuckerinhalt, Samenmasse und Lipidgehalt, Cellulosegehalt sowie Zellwandstruktur normal. Pflanzen, denen die verbleibenden 2 Isoformen von SUS fehlen (sus5/sus6 Mutanten), die spezifisch im Phloem exprimiert werden, haben verringerte Mengen an Callose in den Siebplatten der Siebelemente. Um zu untersuchen, ob der Saccharosekatabolismus in Arabidopsis eher INVs als SUSs benötigt, erzeugten wir zusätzlich Pflanzen, die in zwei eng verwandten Isoformen der neutralen INV deficient sind, die als die hauptsächlichen zytosolischen Formen in der Wurzel vorhergesagt werden (cinv1/cinv2 Mutanten). Diese Mutantenpflanzen zeigen stark reduzierte Wachstumsraten. Wir diskutieren die Auswirkungen dieser Ergebnisse auf unser Verständnis der Kohlenstoffversorgung der nicht-photosynthetischen Zellen von Pflanzen.