Regulatory NADH dehydrogenase‐like complex optimizes C4 photosynthetic carbon flow and cellular redox in maize

光呼吸 光合作用 C4光合作用 生物化学 生物 突变体 维管束 氧化还原 脱氢酶 柠檬酸循环 电子传输链 新陈代谢 植物 化学 基因 有机化学
作者
Qiqi Zhang,Shuanghong Tian,Genyun Chen,Qiming Tang,Yijing Zhang,Andrew J. Fleming,Xin‐Guang Zhu,Peng Wang
出处
期刊:New Phytologist [Wiley]
卷期号:241 (1): 82-101 被引量:3
标识
DOI:10.1111/nph.19332
摘要

C4 plants typically operate a CO2 concentration mechanism from mesophyll (M) cells into bundle sheath (BS) cells. NADH dehydrogenase-like (NDH) complex is enriched in the BS cells of many NADP-malic enzyme (ME) type C4 plants and is more abundant in C4 than in C3 plants, but to what extent it is involved in the CO2 concentration mechanism remains to be experimentally investigated. We created maize and rice mutants deficient in NDH function and then used a combination of transcriptomic, proteomic, and metabolomic approaches for comparative analysis. Considerable decreases in growth, photosynthetic activities, and levels of key photosynthetic proteins were observed in maize but not rice mutants. However, transcript abundance for many cyclic electron transport (CET) and Calvin-Benson cycle components, as well as BS-specific C4 enzymes, was increased in maize mutants. Metabolite analysis of the maize ndh mutants revealed an increased NADPH : NADP ratio, as well as malate, ribulose 1,5-bisphosphate (RuBP), fructose 1,6-bisphosphate (FBP), and photorespiration intermediates. We suggest that by optimizing NADPH and malate levels and adjusting NADP-ME activity, NDH functions to balance metabolic and redox states in the BS cells of maize (in addition to ATP supply), coordinating photosynthetic transcript abundance and protein content, thus directly regulating the carbon flow in the two-celled C4 system of maize.

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