The evolutionarily conserved kinase SnRK1 orchestrates resource mobilization during Arabidopsis seedling establishment

生物 拟南芥 苗木 细胞生物学 激酶 转录因子 分解代谢 拟南芥 蛋白激酶A 胞浆
作者
Markus Henninger,Lorenzo Pedrotti,Markus Krischke,Jan Draken,Theresa Wildenhain,Agnes Fekete,Filip Rolland,Martin J Müller,Christian Fröschel,Christoph Weiste,Wolfgang Dröge-Laser
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:34 (1): 616-632 被引量:1
标识
DOI:10.1093/plcell/koab270
摘要

The onset of plant life is characterized by a major phase transition. During early heterotrophic seedling establishment, seed storage reserves fuel metabolic demands, allowing the plant to switch to autotrophic metabolism. Although metabolic pathways leading to storage compound mobilization are well-described, the regulatory circuits remain largely unresolved. Using an inducible knockdown approach of the evolutionarily conserved energy master regulator Snf1-RELATED-PROTEIN-KINASE1 (SnRK1), phenotypic studies reveal its crucial function in Arabidopsis thaliana seedling establishment. Importantly, glucose feeding largely restores growth defects of the kinase mutant, supporting its major impact in resource mobilization. Detailed metabolite studies reveal sucrose as a primary resource early in seedling establishment, in a SnRK1-independent manner. Later, SnRK1 orchestrates catabolism of triacylglycerols and amino acids. Concurrent transcriptomic studies highlight SnRK1 functions in controlling metabolic hubs fuelling gluconeogenesis, as exemplified by cytosolic PYRUVATE ORTHOPHOSPHATE DIKINASE (cyPPDK). Here, SnRK1 establishes its function via phosphorylation of the transcription factor BASIC LEUCINE ZIPPER63 (bZIP63), which directly targets and activates the cyPPDK promoter. Taken together, our results disclose developmental and catabolic functions of SnRK1 in seed storage mobilization and describe a prototypic gene regulatory mechanism. As seedling establishment is important for plant vigor and crop yield, our findings are of agronomical importance.
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