A drought stress-responsive metabolite malate modulates stomatal responses through G-protein-dependent pathway in grapevine and Arabidopsis

警卫室 代谢物 代谢组 拟南芥 柠檬酸循环 胞浆 生物 三羧酸 代谢组学 脱落酸 细胞生物学 代谢途径 生物化学 亚细胞定位 植物生理学 化学 水通道蛋白 耐旱性 信号转导 植物 光合作用 新陈代谢 离子通道 胡杨 拟南芥 莽草酸 植物细胞 第二信使系统 细胞内 适应(眼睛)
作者
Yoshiharu Mimata,Ruhai Gong,Xuanxuan Pei,Guochen Qin,YE Wenxiu
出处
期刊:Molecular Horticulture [Springer Nature]
卷期号:6 (1): 2-2
标识
DOI:10.1186/s43897-025-00181-z
摘要

Abstract Drought stress is a significant environmental threat to global agricultural production and distribution. Plant adaptation to dehydration stress involves intricate biological processes with substantial changes in metabolite composition. In this study, we investigated the role of tricarboxylic acid (TCA) cycle metabolites in drought tolerance in grapevine and Arabidopsis by metabolome, live cell imaging, electrophysiological and pharmacological approaches. Metabolome analysis revealed that amount of malate, citrate, and isocitrate increased over time in detached grapevine leaves. Ca 2+ imaging and ion channel measurements indicated that fumarate, malate, and α-ketoglutarate induced cytosolic free Ca 2+ concentration ([Ca 2+ ] cyt ) elevation in guard cells and directly activated a guard-cell anion channel SLOW ANION CHANNEL-ASSOCIATED 1 (SLAC1). However, only malate induced stomatal closure, which required increases in [Ca 2+ ] cyt in guard cells and activation of SLAC1. Through pharmacological experiments and reverse genetics analyses, G-proteins were identified as essential components of malate signaling by regulating second messenger production. These results indicate that TCA cycle metabolites are sensed individually by guard cells and that malate plays a key role in connecting metabolic regulation and drought tolerance through G-protein-dependent signal cascades.
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