GeSUT4は従属栄養植物Gastrodia elata（蘭科）の炭素配分のための共生界面でショ糖の輸入を媒介している

GeSUT4 mediates sucrose import at the symbiotic interface for carbon allocation of heterotrophic Gastrodia elata (Orchidaceae).

• Li-Hsuan Ho
• Yung-I Lee
• Shu-Ying Hsieh
• I-Shiuan Lin
• Yun-Chien Wu
• Han-Yu Ko
• Patrick A Klemens
• H Ekkehard Neuhaus
• Yi-Min Chen
• Tzu-Pi Huang
• Chih-Hsin Yeh
• Woei-Jiun Guo

抄録

光合成能力を持たない完全マイコheterotrophicランであるGastrodia elataは、菌類のArmillariaとだけ共生して生育している。この菌糸栄養の炭素分布のメカニズムは不明である。また、ガストロディア塊茎の全ステージで高いショ糖濃度が検出されたことから、ショ糖が真菌とランの間の主要な糖の輸送源となっている可能性が示唆された。その結果、スクロース輸送体の関与が示唆された。その結果、2つのショ糖トランスポーター(SUT)様遺伝子、GeSUT4とGeSUT3が同定され、Armillariaの若い塊茎で高発現していることが明らかになった。その結果、GeSUT4が高親和性ショ糖特異的プロトン依存性インポーターとして機能していることを酵母の相補性と同位体トレーサー実験により確認した。GeSUT4-GFP融合体の血漿膜/トノプラスト局在化、および共生細胞および大細胞におけるGeSUT4のRNA発現の高さから、GeSUT4は細胞間配分および細胞内ホメオスタシスのためのショ糖輸送に関与している可能性が示唆された。GeSUT4を過剰に発現させた遺伝子組換えシロイヌナズナは葉は大きくなったが、過剰なショ糖には敏感であり、根のコロニー化しているバクテリアの数は少なく、糖の配分を調節する上でのGeSUT4の役割を支持するものであった。これは、マイコheterotrophic相互作用における最初の文書化された炭素輸入システムであるだけでなく、また、植物-微生物相互作用のすべてのタイプの炭素流の調節のためのショ糖トランスポーターの進化的重要性を強調している。この記事は著作権で保護されています。すべての権利を保有しています。

Gastrodia elata, a fully mycoheterotrophic orchid without photosynthetic ability, only grows symbiotically with the fungus Armillaria. The mechanism of carbon distribution in this mycoheterotrophy is unknown. We detected high sucrose concentrations in all stages of Gastrodia tubers, suggesting sucrose may be the major sugar transported between fungus and orchid. Thick symplasm-isolated wall interfaces in colonized and adjacent large cells implied involvement of sucrose importers. Two sucrose transporter (SUT)-like genes, GeSUT4 and GeSUT3, were identified that are highly expressed in young Armillaria-colonized tubers. Yeast complementation and isotope tracer experiments confirmed that GeSUT4 functioned as a high-affinity sucrose-specific proton-dependent importer. Plasma- membrane/tonoplast localization of GeSUT4-GFP fusions, and high RNA expression of GeSUT4 in symbiotic and large cells indicated that GeSUT4 likely functions in active sucrose transport for intercellular allocation and intracellular homeostasis. Transgenic Arabidopsis overexpressing GeSUT4 had larger leaves but were sensitive to excess sucrose and roots were colonized with fewer mutualistic Bacillus, supporting the role of GeSUT4 in regulating sugar allocation. This is not only the first documented carbon import system in a mycoheterotrophic interaction, but also highlights the evolutionary importance of sucrose transporters for regulation of carbon flow in all types of plant-microbe interactions. This article is protected by copyright. All rights reserved.

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