Lysine catabolism, amino acid transport, and systemic acquired resistance: What is the link?

Resumo

A lisina é um aminoácido essencial para a nutrição humana, que geralmente é baixo em dietas à base de cereais. Sua via de biossíntese, via do aspartato e o catabolismo são controlados por mecanismos complexos de feedback. Recentemente, aminoácidos derivados do aspartato foram encontrados em níveis elevados durante a infecção por patógenos em Arabidopsis, e um catabólito da lisina, o ácido pipecólico, foi identificado como um regulador crítico da resistência sistêmica adquirida. O ácido pipecólico é móvel nas plantas, funciona como um intensificador das respostas de defesa e medeia o estabelecimento da resistência sistêmica adquirida por meio da amplificação do sinal. A defesa alterada contra patógenos em vários mutantes com homeostase alterada de aminoácidos derivados do aspartato, como a lisina, já havia fornecido uma ligação genética com a homeostase de aminoácidos. Além disso, a modificação do transporte e distribuição de aminoácidos dentro dos tecidos não apenas afetou o desempenho do crescimento das plantas, mas também a interação planta-patógeno. A superexpressão ectópica de um gene que codifica um importador de alta afinidade com preferência por aminoácidos básicos, como a lisina, o TRANSPORTADOR DE AMINOÁCIDOS CATIÔNICOS1 (CAT1), melhorou a resistência a doenças contra um patógeno bacteriano hemibiotrófico em Arabidopsis por meio de uma via de ácido salicílico ativada constitutivamente. A importância da homeostase de aminoácidos derivados do Asparto para a resistência adquirida sistêmica das plantas e para o desempenho geral do crescimento das plantas pode ser relevante para a resistência e a qualidade nutricional no melhoramento. É brevemente discutido se a fertilização com nitrogênio tem impacto no manejo do controle de pragas das culturas por meio da homeostase de aminoácidos.

Abstract

Lysine is an essential amino acid for human nutrition, which is generally low in cereal diets. Its biosynthesis via the aspartate-pathway and catabolism is controlled by complex feedback mechanisms. Recently, aspartate-derived amino acids were found to be elevated during pathogen infection in Arabidopsis and a lysine catabolite, pipecolic acid, was identified as critical regulator of systemic acquired resistance. Pipecolic acid is mobile in plants, functions as an intensifier of defense responses and mediates systemic acquired resistance establishment via signal amplification. The altered pathogen defense in several mutants with altered homeostasis of aspartate-derived amino acids, such as lysine, had already provided a genetic link with amino acid homeostasis. Furthermore, the modification of amino acid transport and distribution within tissues not only affected the plant growth performance, but also the plant-pathogen interaction. The ectopic overexpression of a gene encoding a high affinity importer with preference to basic amino acids, such as lysine, CATIONIC AMINO ACID TRANSPORTER1 (CAT1), improved the disease resistance to a hemibiotrophic bacterial pathogen in Arabidopsis via a constitutively activated salicylic acid pathway. The importance of Asp-derived amino acid homeostasis for plant systemic acquired resistance and on overall plant growth performance may be relevant to resistance and nutritional quality breeding. Whether nitrogen fertilization has an impact on crop pest control management via amino acid homeostasis is briefly discussed.