Regulation of Leaf Starch Degradation by Abscisic Acid Is Important for Osmotic Stress Tolerance in Plants

脱落酸 渗透压 生物 渗透性休克 警卫室 淀粉 拟南芥 非生物胁迫 生物化学 拟南芥 渗透压 渗透 突变体 细胞生物学 植物 基因
作者
Matthias Thalmann,Diana M. Pazmiño,David Seung,Daniel Horrer,Arianna Nigro,Tiago Meier,Katharina Kölling,Hartwig W. Pfeifhofer,Samuel C. Zeeman,Diana Santelia
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:28 (8): 1860-1878 被引量:273
标识
DOI:10.1105/tpc.16.00143
摘要

Starch serves functions that range over a timescale of minutes to years, according to the cell type from which it is derived. In guard cells, starch is rapidly mobilized by the synergistic action of β-AMYLASE1 (BAM1) and α-AMYLASE3 (AMY3) to promote stomatal opening. In the leaves, starch typically accumulates gradually during the day and is degraded at night by BAM3 to support heterotrophic metabolism. During osmotic stress, starch is degraded in the light by stress-activated BAM1 to release sugar and sugar-derived osmolytes. Here, we report that AMY3 is also involved in stress-induced starch degradation. Recently isolated Arabidopsis thaliana amy3 bam1 double mutants are hypersensitive to osmotic stress, showing impaired root growth. amy3 bam1 plants close their stomata under osmotic stress at similar rates as the wild type but fail to mobilize starch in the leaves. (14)C labeling showed that amy3 bam1 plants have reduced carbon export to the root, affecting osmolyte accumulation and root growth during stress. Using genetic approaches, we further demonstrate that abscisic acid controls the activity of BAM1 and AMY3 in leaves under osmotic stress through the AREB/ABF-SnRK2 kinase-signaling pathway. We propose that differential regulation and isoform subfunctionalization define starch-adaptive plasticity, ensuring an optimal carbon supply for continued growth under an ever-changing environment.
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