Biosynthesis and Metabolic Fate of Phenylalanine in Conifers

Resumo

O aminoácido fenilalanina (Phe)  desempenha um papel essencialmente importante na interconexão entre o metabolismo primário e secundário nas plantas. Phe é usado como um bloco de construção de proteínas, mas também é um precursor para numerosas plantas de compostos que são cruciais para a reprodução, crescimento, desenvolvimento e defesa das plantas contra diferentes tipos de estresses. O metabolismo da Phe desempenha um papel central na canalização de carbono da fotossíntese para a biossíntese de fenilpropanóides. O estudo desta via metabólica é particularmente relevante em árvores, que desviam grandes quantidades de carbono na biossíntese de compostos derivados de Phe, particularmente lignina,
importante constituinte da madeira. Os troncos das árvores são drenos metabólicos que consomem
uma porcentagem considerável de carbono e energia da fotossíntese, e o carbono é
finalmente imobilizado em madeira. Este artigo revisa os avanços recentes na biossíntese
e utilização metabólica de Phe em árvores coníferas. Duas rotas alternativas foram
identificados: a via do fenilpiruvato que está presente nos microorganismos, e a via arogenada que possivelmente evoluiu mais tarde durante a evolução da planta. Além disso, um mecanismo eficiente de reciclagem de nitrogênio é necessário para manter o crescimento sustentado durante formação do xilema. A relevância das vias metabólicas da fenilalanina na formação da madeira, as interações bióticas e a proteção ultravioleta são discutidas. A manipulação genética e a regulação transcricional das vias também são delineadas.

Abstract

The amino acid phenylalanine (Phe) is a critical metabolic node that plays an essential
role in the interconnection between primary and secondary metabolism in plants. Phe
is used as a protein building block but it is also as a precursor for numerous plant
compounds that are crucial for plant reproduction, growth, development, and defense
against different types of stresses. The metabolism of Phe plays a central role in the
channeling of carbon from photosynthesis to the biosynthesis of phenylpropanoids.
The study of this metabolic pathway is particularly relevant in trees, which divert large
amounts of carbon into the biosynthesis of Phe-derived compounds, particularly lignin,
an important constituent of wood. The trunks of trees are metabolic sinks that consume
a considerable percentage of carbon and energy from photosynthesis, and carbon is
finally immobilized in wood. This paper reviews recent advances in the biosynthesis
and metabolic utilization of Phe in conifer trees. Two alternative routes have been
identified: the ancient phenylpyruvate pathway that is present in microorganisms, and
the arogenate pathway that possibly evolved later during plant evolution. Additionally, an
efficient nitrogen recycling mechanism is required to maintain sustained growth during
xylem formation. The relevance of phenylalanine metabolic pathways in wood formation,
the biotic interactions, and ultraviolet protection is discussed. The genetic manipulation
and transcriptional regulation of the pathways are also outlined.