The role of amino acid metabolism during abiotic stress release

Resumo

As respostas das plantas ao estresse abiótico incluem várias modificações no metabolismo de aminoácidos.
Ao usar um sistema de cultivo hidropônico, investigamos sistematicamente a modificação
nos perfis de aminoácidos e no proteoma de folhas de Arabidopsis thaliana durante
recuperação de baixo potencial hídrico ou alta salinidade. Ambos os tratamentos provocaram oxidação
levando a uma resposta ao estresse durante a recuperação. Degradação de
proteínas abundantes como subunidades de fotossistemas e ribossomos contribuíram para
um acúmulo de aminoácidos livres. Vias catabólicas para várias proteínas pouco abundantes
aminoácidos foram induzidos indicando seu uso como um substrato respiratório alternativo
para compensar a diminuição da fotossíntese. Nossos resultados demonstram que a rápida
desintoxicação de aminoácidos potencialmente prejudiciais, como Lys, é uma prioridade durante
o período inicial de recuperação do estresse. O conteúdo do Pro, que funciona como um compatível
osmólito durante o estresse, foi ajustado equilibrando sua síntese e catabolismo tanto
dos quais foram induzidos durante e após os tratamentos de estresse. A produção de
metabólitos secundários derivados de aminoácidos foram regulados positivamente especificamente durante o
período de recuperação, e nosso conjunto de dados também indica aumento das taxas de síntese do precursor
aminoácidos. No geral, nossos resultados suportam uma estreita relação entre o metabolismo de aminoácidos e respostas ao estresse.

Abstract

Plant responses to abiotic stress include various modifications in amino acid metabolism.
By using a hydroponic culture system, we systematically investigate modification
in amino acid profiles and the proteome of Arabidopsis thaliana leaves during initial
recovery from low water potential or high salinity. Both treatments elicited oxidative
stress leading to a biphasic stress response during recovery. Degradation of highly
abundant proteins such as subunits of photosystems and ribosomes contributed to
an accumulation of free amino acids. Catabolic pathways for several low abundant
amino acids were induced indicating their usage as an alternative respiratory substrate
to compensate for the decreased photosynthesis. Our results demonstrate that rapid
detoxification of potentially detrimental amino acids such as Lys is a priority during
the initial stress recovery period. The content of Pro, which acts as a compatible
osmolyte during stress, was adjusted by balancing its synthesis and catabolism both
of which were induced both during and after stress treatments. The production of
amino acid derived secondary metabolites was up‐regulated specifically during the
recovery period, and our dataset also indicates increased synthesis rates of the precursor
amino acids. Overall, our results support a tight relationship between amino
acid metabolism and stress responses.