Integrated flux and pool size analysis in plant central metabolism reveals unique roles of glycine and serine during photorespiration

光呼吸 甘氨酸 丝氨酸 焊剂(冶金) 光合作用 甘氨酸裂解系统 新陈代谢 鲁比斯科 生物化学 生物 化学 氨基酸 植物 生物物理学 有机化学
作者
Xinyu Fu,Luke M. Gregory,Sean E. Weise,Berkley J. Walker
出处
期刊:Nature plants [Springer Nature]
卷期号:9 (1): 169-178 被引量:43
标识
DOI:10.1038/s41477-022-01294-9
摘要

Photorespiration is an essential process juxtaposed between plant carbon and nitrogen metabolism that responds to dynamic environments. Photorespiration recycles inhibitory intermediates arising from oxygenation reactions catalysed by Rubisco back into the C3 cycle, but it is unclear what proportions of its nitrogen-containing intermediates (glycine and serine) are exported into other metabolisms in vivo and how these pool sizes affect net CO2 gas exchange during photorespiratory transients. Here, to address this uncertainty, we measured rates of amino acid export from photorespiration using isotopically non-stationary metabolic flux analysis. This analysis revealed that ~23–41% of the photorespiratory carbon was exported from the pathway as serine under various photorespiratory conditions. Furthermore, we determined that the build-up and relaxation of glycine pools constrained a large portion of photosynthetic acclimation during photorespiratory transients. These results reveal the unique and important roles of glycine and serine in successfully maintaining various photorespiratory fluxes that occur under environmental fluctuations in nature and providing carbon and nitrogen for metabolism. Photorespiration is not a closed cycle. Around 23–41% of photorespiratory carbon is exported as serine under various photorespiratory conditions. The build-up and relaxation of glycine pools constrain a large portion of photosynthetic acclimation.
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