Metabolomik der roten Licht-induzierten stomatalen Öffnung in Arabidopsis thaliana : Kopplung mit dem Abscisinsäure- und Jasmonatstoffwechsel

Aufnahme und Wasserverlust bei Pflanzen. Stomata werden durch Paare von Schließzellen definiert, die externe Signale wahrnehmen und übertragen, was zu Veränderungen des Zellvolumens und damit zu einer Veränderung der stomatalen Öffnung führt. Im sichtbaren Lichtspektrum induziert rotes Licht die stomatale Öffnung in intakten Blättern. Es gab jedoch Debatten darüber, inwieweit die rote Licht-induzierte stomatale Öffnung auf der direkten Wahrnehmung von rotem Licht durch die Schließzellen oder auf indirekten Reaktionen aufgrund der Einflüsse des roten Lichts auf die Mesophyll-Photosynthese beruht. Hier identifizieren wir Bedingungen, die zu einer roten Licht-stimulierten stomatalen Öffnung in isolierten Epidermis-Schalen und zur Vergrößerung von Protoplasten führen, und bestätigen damit eine direkte Reaktion der Schließzellen auf rotes Licht. Anschließend verwenden wir Metabolomik-Workflows unter Verwendung der Gaschromatographie-Massenspektrometrie und der Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie zur Metabolitenprofilierung und Identifizierung der metabolischen Signaturen der Schließzellen von Arabidopsis als Reaktion auf rotes Licht in Abwesenheit des Mesophyls. Wir quantifizierten 223 Metaboliten in den Schließzellen von Arabidopsis, von denen 104 auf rotes Licht reagieren. Diese rotem Licht-modulierten Metaboliten sind am Zitronensäurezyklus, am Kohlenstoffhaushalt, an der Biosynthese von Phytohormonen und an der Redox-Homöostase beteiligt. Als nächstes analysierten wir ausgewählte Arabidopsis-Mutanten und fanden heraus, dass die stomatale Öffnungsreaktion auf rotes Licht mit einem Rückgang des Abscisinsäuregehalts in den Schließzellen und einem Anstieg des Jasongensäuregehalts korreliert ist. Das hier berichtete rotem Licht-modulierte Metabolom der Schließzellen liefert grundlegende Informationen zu autonomen roten Lichtsignalisierungswegen in Schließzellen.