Role of sucrose for tobacco guard cell osmoregulation: osmolyte or substrate?

Abstract

A characterization of transgenic tobacco plants overexpressing potato sucrose synthase 3 gene (NtSuSy3) under control of KST1 promoter was performed in order to analyze the role of sucrose metabolism on GC osmoregulation. Also, we performed a metabolic flux analysis in guard cell enriched epidermal fragment (EF) of Nicotiana tabacum in order to investigate changes in GC metabolism during stomatal aperture light-induced. NtSuSy3 plants showed higher stomatal conductance, transpiration rate, whole plant transpiration, and net photosynthetic rate than wild type (WT). Several changes in GC metabolism were observed in transgenic plants are discussed in the text. In different stomatal aperture light-induced experiments, it was observed a decrease in sucrose content, while no changes were detected in the sugar content in the medium; suggesting that the sugars decreased observed is due to breakdown and not efflux of GC. Using a feeding strategy in EF submitted to NaH13C03 followed by LC-qTOF-MS analysis, a 13 C-enrichment in sucrose, malate, fumarate and glutamine were observed. The possible function of these metabolites for GC osmoregulation are discussed in the text. Taken together, the data showed here provide evidence for another role of sucrose for GC osmoregulation. Our data suggest that sucrose breakdown, not just sucrose accumulation, can be performed to induce stomatal opening in tobacco.A papel da sacarose em CG foi investigado através da caracterização de plantas de Tabaco transgênicas superexpressando a isoforma 3 do gene sacarose sintase (NtSuSy3) sob controle do promotor KST1 bem como por experimentos de análise de fluxo metabólico utilizando fragmentos epidérmicos enriquecidos com CG (EF) durante abertura estomática induzida pela luz. As plantas NtSuSy3 mostraram aumentos na condutância estomática, fotossíntese e nas taxas de transpiração a nível foliar e de planta inteira. As alterações observadas no metabolismo de CG das plantas transgênicas são discutidas no texto. Observou-se uma redução nos níveis de sacarose em diferentes experimentos de abertura estomática induzida pela luz, enquanto que os níveis de sacarose no meio não foram alterados, sugerindo que a sacarose foi degradada no simplasto de CG. A análise via LC-qTOF-MS de experimentos com EF submetidos a NaH13C03 durante abertura estomática induzida pela luz mostraram um enriquecimento de 13 C em sacarose, malato, fumarate e glutamins. As possíveis funções exercidas por esses metabólitos são discutidas no texto. Em conjunto, os dados desse trabalho sugerem que a degradação da sacarose no simplasto de CG pode ser um mecanismo importante para a abertura estomática de Tabaco induzida pela luz.