Heterologous expression of PtAAS1 reveals the metabolic potential of the common plant metabolite phenylacetaldehyde for auxin synthesis in planta

苯乙醛 代谢物 生物化学 生长素 生物合成 芳香族氨基酸 氨基酸 代谢途径 化学 异源表达 烟草 转录组 生物 新陈代谢 基因表达 基因 重组DNA
作者
Jan Günther,Rayko Halitschke,Jonathan Gershenzon,Meike Burow
出处
期刊:Physiologia Plantarum [Wiley]
卷期号:175 (6) 被引量:1
标识
DOI:10.1111/ppl.14078
摘要

Aromatic aldehydes and amines are common plant metabolites involved in several specialized metabolite biosynthesis pathways. Recently, we showed that the aromatic aldehyde synthase PtAAS1 and the aromatic amino acid decarboxylase PtAADC1 contribute to the herbivory-induced formation of volatile 2-phenylethanol and its glucoside 2-phenylethyl-β-D-glucopyranoside in Populus trichocarpa. To unravel alternative metabolic fates of phenylacetaldehyde and 2-phenylethylamine beyond alcohol and alcohol glucoside formation, we heterologously expressed PtAAS1 and PtAADC1 in Nicotiana benthamiana and analyzed plant extracts using untargeted LC-qTOF-MS and targeted LC-MS/MS analysis. While the metabolomes of PtAADC1-expressing plants did not significantly differ from those of control plants, expression of PtAAS1 resulted in the accumulation of phenylacetic acid (PAA) and PAA-amino acid conjugates, identified as PAA-aspartate and PAA-glutamate. Herbivory-damaged poplar leaves revealed significantly induced accumulation of PAA-Asp, while levels of PAA remained unaltered upon herbivory. Transcriptome analysis showed that members of auxin-amido synthetase GH3 genes involved in the conjugation of auxins with amino acids were significantly upregulated upon herbivory in P. trichocarpa leaves. Overall, our data indicates that phenylacetaldehyde generated by poplar PtAAS1 serves as a hub metabolite linking the biosynthesis of volatile, non-volatile herbivory-induced specialized metabolites, and phytohormones, suggesting that plant growth and defense can be balanced on a metabolic level.
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