トレハロース6-リン酸は、ADP-グルコースピロリン酸化の翻訳後レドックス活性化を介してデンプン合成を調節します

トレハロースは、バクテリア、菌類、昆虫、植物で発生する自然界で最も広範囲にわたる二糖です。その前駆体であるトレハロース6-リン酸（T6P）も、砂糖の利用と成長の調節に不可欠ですが、作用部位はほとんど解決されていません。ここでは、遺伝的および生化学的アプローチを使用して、T6Pが高等植物のプラスチドのデンプン合成を調節するために作用するかどうかを調査します。トレハロースのシロイヌナズナの葉への摂食は、30分以内に澱粉合成の刺激をもたらし、翻訳後レドックス修飾を介してADP-グルコースピロリン酸化物（AgPase）の活性化を伴いました。この応答はショ糖に似ていましたが、グルコース摂食ではなく、Snf1関連キナーゼの発現に依存していました。また、T6PレベルでT6Pシンターゼの発現によって増加したか、サイトゾル中のT6Pホスファターゼ（TPP）の発現によって減少したトランスジェニックシロイヌナズナ植物を分析しました。野生型と比較して、T6Pシンターゼ発現植物の葉はAgPaseのレドックス活性化と澱粉の増加を増加させましたが、TPP発現植物は反対を示しました。さらに、TPPの発現は、スクロースまたはトレハロースの摂食に応じてAgPase活性化の増加を妨げました。100マムT6pとの無傷の分離葉緑体のインキュベーションは、15分以内にAgPaseの還元的活性化を有意に、特異的に増加させました。結果は、T6Pがサイトゾルで合成され、サイトゾル糖レベルに応答してチオレドキシンを介したレドックス移動をAgPaseに促進することにより、プラスチド代謝に作用するという証拠を提供します。この発見は、植物の代謝の進化と、原核生物の葉緑体が古代トレハロース経路の中間体を使用してサイトゾルの代謝状態を報告する方法について知らせます。

Trehalose is the most widespread disaccharide in nature, occurring in bacteria, fungi, insects, and plants. Its precursor, trehalose 6-phosphate (T6P), is also indispensable for the regulation of sugar utilization and growth, but the sites of action are largely unresolved. Here we use genetic and biochemical approaches to investigate whether T6P acts to regulate starch synthesis in plastids of higher plants. Feeding of trehalose to Arabidopsis leaves led to stimulation of starch synthesis within 30 min, accompanied by activation of ADP-glucose pyrophosphorylase (AGPase) via posttranslational redox modification. The response resembled sucrose but not glucose feeding and depended on the expression of SNF1-related kinase. We also analyzed transgenic Arabidopsis plants with T6P levels increased by expression of T6P synthase or decreased by expression of T6P phosphatase (TPP) in the cytosol. Compared with wild type, leaves of T6P synthase-expressing plants had increased redox activation of AGPase and increased starch, whereas TPP-expressing plants showed the opposite. Moreover, TPP expression prevented the increase in AGPase activation in response to sucrose or trehalose feeding. Incubation of intact isolated chloroplasts with 100 muM T6P significantly and specifically increased reductive activation of AGPase within 15 min. Results provide evidence that T6P is synthesized in the cytosol and acts on plastidial metabolism by promoting thioredoxin-mediated redox transfer to AGPase in response to cytosolic sugar levels, thereby allowing starch synthesis to be regulated independently of light. The discovery informs about the evolution of plant metabolism and how chloroplasts of prokaryotic origin use an intermediate of the ancient trehalose pathway to report the metabolic status of the cytosol.