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Biosynthesis pathway of indole-3-acetyl-myo-inositol during development of maize (Zea mays L.) seeds
Journal of Plant Physiology ( IF 4.3 ) Pub Date : 2020-02-01 , DOI: 10.1016/j.jplph.2019.153082
Maciej Ostrowski 1 , Anna Ciarkowska 1 , Agata Dalka 1 , Emilia Wilmowicz 2 , Anna Jakubowska 1
Affiliation  

Indole-3-acetic acid (IAA) conjugation is one of the mechanisms responsible for auxin homeostasis. IAA ester conjugates biosynthesis has been studied during development of maize seeds where IAA-inositol (IAInos) and its glycosidic forms make up about 50 % of its ester conjugates pool. 1-O-indole-3-acetyl-β-d-glucose (IAGlc) synthase and indole-3-acetyl transferase (IAInos synthase) are key enzymes in a two-step pathway of IAInos synthesis. In the first reaction, IAA is glucosylated to a high energy acetal, 1-O-indole-3-acetyl-β-d-glucose by IAGlc synthase, whereas in the second step, IAInos synthase transfers IAA moiety to myo-inositol forming a stable auxin ester, indole-3-acetyl-myo-inositol (IAInos). It should be mentioned that IAGlc synthase catalyzes a reversible reaction with unfavourable equilibrium that delivers IAGlc for favourable transacylation to IAInos. This is the first study where IAGlc synthase and IAInos synthase are simultaneously analyzed by enzymatic activity assay and quantitative RT-PCR in maize seeds at four stages of development (13, 26, 39 and 52 Days After Flowering). Activity of IAGlc/IAInos synthases as well as their expression profiles during seed development were different. While both enzymatic activities and ZmIAIn expression were the highest in seeds at 26 DAF, the highest expression of ZmIAGlc was observed at 13 DAF. Protein gel blot analysis showed that IAInos synthase exists as a mixture of several isoforms at a similar protein level at particular stages of seed development. Neither of other ester conjugates of IAA (IAA-mannose) nor IAA-amino acids were detected at the stages studied. Catalytic activity of l-tryptophan aminotransferase involved in IAA biosynthesis as well as UDPG pyrophosphorylase, synthesizing UDPG as a substrate for IAGlc synthase, were also analyzed. l-tryptophan aminotransferase activity was the highest at 26 DAF. Changes in enzyme activity of UDPG pyrophosphorylase are difficult to interpret. Expression levels of ZmIPS and ZmIPP encoding two enzymes of myo-inositol biosynthesis pathway: inositol-x-phosphate synthase (IPS) and inositol-x-phosphate phosphatase (IPP), respectively, were analyzed. 26 DAF seeds displayed the highest expression level of ZmIPS, whereas transcription of ZmIPP was the highest at 13 DAF.

中文翻译:

玉米(Zea mays L.)种子发育过程中吲哚-3-乙酰-肌醇的生物合成途径

吲哚-3-乙酸 (IAA) 结合是导致生长素稳态的机制之一。在玉米种子的发育过程中研究了 IAA 酯缀合物的生物合成,其中 IAA-肌醇 (IAInos) 及其糖苷形式构成其酯缀合物池的约 50%。1-O-indole-3-acetyl-β-d-glucose (IAGlc) 合酶和 indole-3-乙酰转移酶 (IAInos 合酶) 是 IAInos 合成的两步途径中的关键酶。在第一个反应中,IAA 被 IAGlc 合酶糖基化为高能缩醛,1-O-吲哚-3-乙酰基-β-d-葡萄糖,而在第二步中,IAInos 合酶将 IAA 部分转移到肌醇形成稳定的生长素酯,indole-3-acetyl-myo-inositol (IAInos)。应该提到的是,IAGlc 合酶催化具有不利平衡的可逆反应,该反应将 IAGlc 以有利的转酰基转移到 IAInos。这是第一项在玉米种子的四个发育阶段(开花后 13、26、39 和 52 天)通过酶活性测定和定量 RT-PCR 同时分析 IAGlc 合酶和 IAInos 合酶的研究。IAGlc/IAInos 合酶的活性及其在种子发育过程中的表达谱是不同的。虽然酶活性和 ZmIAIn 表达在 26 DAF 时在种子中最高,但在 13 DAF 时观察到 ZmIAGlc 的最高表达。蛋白质凝胶印迹分析显示 IAInos 合酶在种子发育的特定阶段以类似蛋白质水平的几种同工型的混合物存在。在所研究的阶段均未检测到 IAA(IAA-甘露糖)和 IAA-氨基酸的其他酯缀合物。还分析了参与 IAA 生物合成的 l-色氨酸氨基转移酶以及 UDPG 焦磷酸化酶的催化活性,合成 UDPG 作为 IAGlc 合酶的底物。L-色氨酸转氨酶活性在 26 DAF 时最高。UDPG 焦磷酸化酶的酶活性变化难以解释。分别分析了编码肌醇生物合成途径的两种酶的 ZmIPS 和 ZmIPP:肌醇-x-磷酸合酶 (IPS) 和肌醇-x-磷酸酶 (IPP) 的表达水平。26 个 DAF 种子显示出最高的 ZmIPS 表达水平,而 ZmIPP 的转录在 13 个 DAF 时最高。还分析了参与 IAA 生物合成的 l-色氨酸氨基转移酶以及 UDPG 焦磷酸化酶的催化活性,合成 UDPG 作为 IAGlc 合酶的底物。L-色氨酸转氨酶活性在 26 DAF 时最高。UDPG 焦磷酸化酶的酶活性变化难以解释。分别分析了编码肌醇生物合成途径的两种酶的 ZmIPS 和 ZmIPP:肌醇-x-磷酸合酶 (IPS) 和肌醇-x-磷酸酶 (IPP) 的表达水平。26 个 DAF 种子显示出最高的 ZmIPS 表达水平,而 ZmIPP 的转录在 13 个 DAF 时最高。还分析了参与 IAA 生物合成的 l-色氨酸氨基转移酶以及 UDPG 焦磷酸化酶的催化活性,合成 UDPG 作为 IAGlc 合酶的底物。L-色氨酸转氨酶活性在 26 DAF 时最高。UDPG 焦磷酸化酶的酶活性变化难以解释。分别分析了编码肌醇生物合成途径的两种酶的 ZmIPS 和 ZmIPP:肌醇-x-磷酸合酶 (IPS) 和肌醇-x-磷酸酶 (IPP) 的表达水平。26 个 DAF 种子显示出最高的 ZmIPS 表达水平,而 ZmIPP 的转录在 13 个 DAF 时最高。L-色氨酸转氨酶活性在 26 DAF 时最高。UDPG 焦磷酸化酶的酶活性变化难以解释。分别分析了编码肌醇生物合成途径的两种酶的 ZmIPS 和 ZmIPP:肌醇-x-磷酸合酶 (IPS) 和肌醇-x-磷酸酶 (IPP) 的表达水平。26 个 DAF 种子显示出最高的 ZmIPS 表达水平,而 ZmIPP 的转录在 13 个 DAF 时最高。L-色氨酸转氨酶活性在 26 DAF 时最高。UDPG 焦磷酸化酶的酶活性变化难以解释。分别分析了编码肌醇生物合成途径的两种酶的 ZmIPS 和 ZmIPP:肌醇-x-磷酸合酶 (IPS) 和肌醇-x-磷酸酶 (IPP) 的表达水平。26 个 DAF 种子显示出最高的 ZmIPS 表达水平,而 ZmIPP 的转录在 13 个 DAF 时最高。
更新日期:2020-02-01
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