Growth in fluctuating light buffers plants against photorespiratory perturbations

光呼吸 鲁比斯科 光合作用 突变体 叶绿体 生物物理学 生物 生物化学 焊剂(冶金) 新陈代谢 化学 植物 有机化学 基因
作者
Thekla von Bismarck,Philipp Wendering,Leonardo Perez de Souza,Jeremy Ruß,Linnéa Strandberg,Elmien Heyneke,Berkley J. Walker,Mark Aurel Schöttler,Alisdair R. Fernie,Zoran Nikoloski,Ute Armbruster
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:13
标识
DOI:10.1038/s41467-023-42648-x
摘要

Photorespiration (PR) is the pathway that detoxifies the product of the oxygenation reaction of Rubisco. It has been hypothesized that in dynamic light environments, PR provides a photoprotective function. To test this hypothesis, we characterized plants with varying PR enzyme activities under fluctuating and non-fluctuating light conditions. Contrasting our expectations, growth of mutants with decreased PR enzyme levels was least affected in fluctuating light compared with wild type. Results for growth, photosynthesis and metabolites combined with thermodynamics-based flux analysis revealed two main causal factors for this unanticipated finding: reduced rates of photosynthesis in fluctuating light and complex re-routing of metabolic fluxes. Only in non-fluctuating light, mutants lacking the glutamate:glyoxylate aminotransferase 1 re-routed glycolate processing to the chloroplast, resulting in photooxidative damage through H2O2 production. Our results reveal that dynamic light environments buffer plant growth and metabolism against photorespiratory perturbations.
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