AtGH3.10 is another jasmonic acid-amido synthetase in Arabidopsis thaliana

Resumo

O jasmonato de isoleucina (JA-Ile) é uma molécula sinalizadora chave que ativa o desenvolvimento floral regulado por jasmonato e a resposta ao estresse por ferimento. Durante anos, a JASMONATE RESISTANT1 (JAR1) foi a única jasmonoil-aminoácido sintetase conhecida por conjugar o ácido jasmônico (JA) à isoleucina, e a fonte de JA-Ile persistente em mutantes jar1 permaneceu indefinida até o momento. Aqui, demonstramos por meio de ensaios enzimáticos com proteína recombinante e análises de mutantes de perda de função que a AtGH3.10 funciona como uma JA-amido sintetase. A AtGH3.10 recombinante foi capaz de conjugar JA à isoleucina, alanina, leucina, metionina e valina. O acúmulo de JA-Ile no duplo mutante gh3.10-2 jar1-11 foi quase eliminado nas folhas e nos botões florais, enquanto seu derivado catabólico 12OH-JA-Ile não foi detectado nos botões florais e nas folhas não feridas. Níveis residuais de JA-Ile, JA-Ala e JA-Val foram, no entanto, detectados em gh3.10-2 jar1-11, sugerindo a atividade de enzimas promíscuas similares. Após o ferimento, o acúmulo de JA-Ile e 12OH-JA-Ile e a expressão dos genes responsivos ao JA OXOPHYTODIENOIC ACID REDUCTASE3 e JASMONATE ZIM-DOMAIN1 observados em folhas de WT, gh3.10-1 e jar1-11 foram efetivamente abolidos em gh3.10-2 jar1-11. Além disso, uma maior proporção de síliquas não desenvolvidas, associada ao desenvolvimento retardado dos estames, foi observada em gh3.10-2 jar1-11. Esses achados mostram conclusivamente que a AtGH3.10 contribui para a biossíntese de JA-aminoácidos e funciona de maneira parcialmente redundante com a AtJAR1 na manutenção do desenvolvimento floral e da resposta ao estresse por ferimento em Arabidopsis.

Abstract

Jasmonoyl-isoleucine (JA-Ile) is a key signaling molecule that activates jasmonate-regulated flower development and the wound stress response. For years, JASMONATE RESISTANT1 (JAR1) has been the sole jasmonoyl-amino acid synthetase known to conjugate jasmonic acid (JA) to isoleucine, and the source of persisting JA-Ile in jar1 knockout mutants has remained elusive until now. Here we demonstrate through recombinant enzyme assays and loss-of-function mutant analyses that AtGH3.10 functions as a JA-amido synthetase. Recombinant AtGH3.10 could conjugate JA to isoleucine, alanine, leucine, methionine, and valine. The JA-Ile accumulation in the gh3.10–2 jar1-11 double mutant was nearly eliminated in the leaves and flower buds while its catabolism derivative 12OH-JA-Ile was undetected in the flower buds and unwounded leaves. Residual levels of JA-Ile, JA-Ala, and JA-Val were nonetheless detected in gh3.10–2 jar1-11, suggesting the activities of similar promiscuous enzymes. Upon wounding, the accumulation of JA-Ile and 12OH-JA-Ile and the expression of JA-responsive genes OXOPHYTODIENOIC ACID REDUCTASE3 and JASMONATE ZIM-DOMAIN1 observed in WT, gh3.10–1, and jar1-11 leaves were effectively abolished in gh3.10–2 jar1-11. Additionally, an increased proportion of undeveloped siliques associated with retarded stamen development was observed in gh3.10–2 jar1-11. These findings conclusively show that AtGH3.10 contributes to JA-amino acid biosynthesis and functions partially redundantly with AtJAR1 in sustaining flower development and the wound stress response in Arabidopsis.