Dokument: Role of the Abaxial Bundle Sheath Cells in Phloem Loading in Maize Leaves

Titel:	Role of the Abaxial Bundle Sheath Cells in Phloem Loading in Maize Leaves
Weiterer Titel:	Rolle der abaxialen Bündelhüllenzellen beim Laden von Phloem in Maisblätter
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=55126
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20210122-113019-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	M.Sc. Bezrutczyk, Margaret [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 12,17 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 06.01.2021 / geändert 06.01.2021
Beitragende:	Prof. Dr. Simon, Rüdiger [Gutachter] Prof. Dr. Frommer, Wolf B. [Gutachter]
Stichwörter:	maize, phloem, scRNA-seq
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Der Ertrag von Maispflanzen hängt von der effizienten Zuordnung von Saccharose aus Blättern zu Samen ab, die durch das als Phloem bekannte saftleitende Gewebe vermittelt wird. Der Prozess der Translokation von Photoassimilaten in das Phloem ist als Phloembeladung bekannt, und es wird angenommen, dass er durch unterschiedliche Mechanismen bei verschiedenen Arten erfolgt. Die Phloembeladung von Zucker ist bei Arabidopsis thaliana (im Folgenden „Arabidopsis“) gut charakterisiert, wo sie durch eine Kombination von SWEET-Saccharose-Effluxern und die anschließende Aufnahme durch SUT1 / SUC2 H + / Saccharose-Symporter vermittelt wird. In Mais ist ZmSUT1 ein H + / Saccharose-Symporter, der Saccharose aktiv aus dem apoplasmatischen Raum in den Siebelement-Begleiter-Zellkomplex (SE-CC) zieht. Es wurde jedoch noch nicht gezeigt, ob SWEETs Saccharose in den apoplasmatischen Raum in Mais abfließen. Unter Verwendung einer Kombination aus Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) und klassischen histologischen Techniken wie In-situ-Hybridisierung stellten wir fest, dass ein Subtyp der Maisbündelhüllenzelle (BS) in den Rang-2-Zwischenvenen eine hohe und spezifische Expression von zeigt Zucker- und Aminosäuretransporter, einschließlich Saccharosetransporter SWEET13a, b und c. Wir stellten daher die Hypothese auf, dass Saccharose vom Mesophyll zu den abaxialen BS-Zellen transportiert wird, wo sie dann von SWEET13a, b und c in das Apoplasma exportiert und anschließend von SUT1 für den Ferntransport in das SE-CC aufgenommen wird. Um festzustellen, ob SWEET13a, b und c für die Phloembeladung erforderlich waren, erzeugten wir Triple-Knockout-Mutanten unter Verwendung eines multiplexierten CRISPR-Cas9-Ansatzes und stellten fest, dass die Pflanzen sweet13a, b, c verkümmert, chlorotisch waren und mehr Stärke und löslichen Zucker anreicherten in den Blättern als Wildtyp: ein Phänotyp, der mit einem Versagen der Phloembeladung übereinstimmt. Zusammengenommen zeigen diese Experimente, dass SWEET13a, b und c lokalisierte Transporter mit abaxialer Bündelhülle sind, die Saccharose aus der BS in den apoplasmatischen Raum neben dem Phloem exportieren. SWEETs und andere Zuckertransporter werden auch bei Krankheitserregern und Trockenstress unterschiedlich reguliert. Im Folgenden wird erläutert, was über den Beitrag von SWEETs und anderen Zuckertransportproteinen zur Anfälligkeit und Resistenz von Pflanzen gegen mehrere agronomisch wichtige Krankheitserreger bekannt ist. The yield of maize plants depends on efficient allocation of sucrose from leaves to seeds, which is mediated by the sap-conducting tissue known as phloem. The process of translocating photoassimilates into the phloem is known as phloem loading, and it is thought to occur by different mechanisms in different species. Phloem loading of sugar has been well characterized in Arabidopsis thaliana (hereafter ‘Arabidopsis’), where it is mediated by a combination of SWEET sucrose effluxers and subsequent uptake by SUT1/SUC2 H+/sucrose symporters. In maize, ZmSUT1 is a H+/sucrose symporter that actively draws sucrose from the apoplasmic space into the sieve element-companion cell complex (SE-CC), but it had not yet been shown if SWEETs efflux sucrose into the apoplasmic space in maize. Using a combination of single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) and classical histological techniques such as in situ hybridization, we determined that a subtype of maize bundle sheath (BS) cell in the rank-2 intermediate veins shows high and specific expression of sugar and amino acid transporters, including sucrose transporters SWEET13a, b, and c. Therefore, we hypothesized that sucrose is transported from the mesophyll to the abaxial BS cells, where it is then exported to the apoplasm by SWEET13a, b, and c and subsequently taken up into the SE-CC by SUT1 for long distance transport. To determine if SWEET13a, b, and c were necessary for phloem loading, we generated triple knockout mutants using a multiplexed CRISPR-Cas9 approach, and discovered that the sweet13a,b,c plants were stunted, chlorotic, and accumulated more starch and soluble sugars in the leaves than wild-type: a phenotype consistent with a failure of phloem loading. Taken together, these experiments indicate that SWEET13a, b, and c are abaxial-bundle sheath localized transporters which export sucrose from the BS to the apoplasmic space adjacent to the phloem. SWEETs and other sugar transporters are also differentially regulated during pathogen and drought stress, and below I review what is known about the contribution of SWEETs and other sugar transport proteins to plant susceptibility and resistance to several agronomically important pathogens.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	22.01.2021
Dateien geändert am:	22.01.2021
Promotionsantrag am:	22.10.2020
Datum der Promotion:	18.12.2020