Revisiting the chlorophyll biosynthesis pathway using genome scale metabolic model of Oryza sativa japonica

Resumo

A clorofila é um dos pigmentos mais importantes presentes nas plantas verdes e o arroz é uma das
principais culturas alimentares consumidas em todo o mundo. Fizemos a revisão do modelo metabólico em escala de genoma existente (GSM) da folha de arroz incorporando novos compartimentos, reações e transportadores. Nós usamos issoGSM modificado para elucidar como a clorofila é sintetizada em uma folha através de uma série de processos bioquímicos reações abrangeram diferentes organelas usando macronutrientes inorgânicos e luz energia. Prevemos as reações essenciais e os genes associados à síntese de clorofila e validado contra as evidências experimentais existentes. Além disso, a amônia é conhecida por ser o
fonte preferida de nitrogênio em arrozais. A amônia que entra na planta é assimilada na raiz e na folha. O foco do presente trabalho está centrado no metabolismo da folha de arroz. Nós estudamos
a importância relativa dos transportadores de amônia através do cloroplasto e do citosol e seus
interligam-se com outros transportadores intracelulares. A assimilação de amônia nas folhas ocorre por
a enzima glutamina sintetase (GS) que está presente no citosol (GS1) e no cloroplasto (GS2).
Nossos resultados forneceram uma possível explicação de porque os mutantes GS2 apresentam crescimento normal sob condições mínimas. fotorrespiração e aparecem cloróticos quando expostos ao ar.

Abstract

Chlorophyll is one of the most important pigments present in green plants and rice is one of the
major food crops consumed worldwide. We curated the existing genome scale metabolic model
(GSM) of rice leaf by incorporating new compartment, reactions and transporters. We used this
modified GSM to elucidate how the chlorophyll is synthesized in a leaf through a series of biochemical
reactions spanned over different organelles using inorganic macronutrients and light
energy. We predicted the essential reactions and the associated genes of chlorophyll synthesis
and validated against the existing experimental evidences. Further, ammonia is known to be the
preferred source of nitrogen in rice paddy fields. The ammonia entering into the plant is assimilated
in the root and leaf. The focus of the present work is centered on rice leaf metabolism. We studied
the relative importance of ammonia transporters through the chloroplast and the cytosol and their
interlink with other intracellular transporters. Ammonia assimilation in the leaves takes place by
the enzyme glutamine synthetase (GS) which is present in the cytosol (GS1) and chloroplast (GS2).
Our results provided possible explanation why GS2 mutants show normal growth under minimum
photorespiration and appear chlorotic when exposed to air.