Tre6P (Trehalose 6-phosphate)是植物中的一种信号分子，是植物生长发育所必需的【1】，其也影响着植物碳氮代谢【2】。拟南芥中，TPS1 (TREHALOSE-6-PHOSPHATE SYNTHASE 1) 催化Tre6P的合成，是胚胎发生和胎后发育所必需的。拟南芥中TPS1发生功能缺失后，胚胎生长发生异常，细胞不能正常分裂，细胞壁结构和淀粉含量也表现异常【3】， tps1突变体表现出严重的矮化，或者不开花，或者开花严重推迟【4】。但是，突变体胚胎停育的根本原因尚不清楚，且TPS1作为TreP6的主要合成酶，如何调节和促进蔗糖-Tre6P之间的联系也尚不清楚。
近日，来自德国Max Planck Institute of Molecular Plant Physiolog 的研究团队在ThePlant Cell上发表了题为Functional features of TREHALOSE-6-PHOSPHATE SYNTHASE 1 – an essential enzyme in Arabidopsis thaliana研究论文，探究了拟南芥TPS1的功能特征，并揭示了其决定植物生长命运的原因。
研究者构建了用拟南芥内源TPS1启动子驱动TPS1不同结构蛋白表达和大肠杆菌TPS (OtsA)表达的重组载体，并将这些载体转入胚胎致死tps1-1缺失突变体中进而对TPS1进行功能分析。并利用GUS或GFP标记的TPS1蛋白构建了该突变体的互补植株进行互补试验分析。研究发现TPS1蛋白主要在叶片、根和茎尖分生组织的韧皮部和保卫细胞中表达，并且还发现该蛋白定位于细胞核。
通过测定TPS1的一系列转基因植株中Tre6p的含量发现，恢复合成Tre6P是挽救tps1-1突变体胎后发育缺陷的必要条件。然而，研究还发现在一些互补植株中，胎后发育和蔗糖-Tre6P的合成之间的联系被打断。在TPS1催化结构域中发生点突变的转基因株系和删除其c末端结构域的转基因株系中Tre6P的含量都很高，但这些植株不开花，它们的生长状态受到严重影响，表明TPS1的N端结构域调控其在细胞核和细胞质之间的分布，如果缺失C末端结构域，TPS1就会发生错误行为，给植物带来灾难性的后果。深入研究发现这可能是因为这些植株中合成了两种未知的单磷酸二糖，从而破坏了合成Tre6P的信号通路。此外，研究还发现，TPS1的非催化结构域能够确保其正确的靶向亚细胞区室和精确的催化能力，并且其需要通过Tre6P适当的传递蔗糖信号代谢。
TPS1在拟南芥韧皮部的表达(A)、其功能结构域(B)和其调控机制模型(C)
综上所述，合成Tre6P对拟南芥的胚胎发生和胎后发育至关重要，且TPS1的非催化结构域是合成Tre6P的蔗糖信号代谢所必需的。
参考文献：
1. Eastmond, P.J., van Dijken, A.J.H., Spielman, M., Kerr, A., Tissier, A.F., Dickinson, H.G., Jones, J.D.G., Smeekens, S.C., and Graham, I.A. (2002). Trehalose-6-phosphate synthase 1, which catalyses the first step in trehalose synthesis, is essential forArabidopsis embryo maturation. The Plant Journal 29, 225-235；
2. Figueroa, C.M., and Lunn, J.E. (2016). A Tale of Two Sugars: Trehalose 6-Phosphate and Sucrose. Plant Physiology 172, 7-27；
3. Eastmond, P.J., van Dijken, A.J.H., Spielman, M., Kerr, A., Tissier, A.F., Dickinson, H.G., Jones, J.D.G., Smeekens, S.C., and Graham, I.A. (2002). Trehalose-6-phosphate synthase 1, which catalyses the first step in trehalose synthesis, is essential forArabidopsis embryo maturation. The Plant Journal 29, 225-235；
4. Wahl, V., Ponnu, J., Schlereth, A., Arrivault, S., Langenecker, T., Franke, A., Feil, R., Lunn, J.E., Stitt, M., and Schmid, M. (2013). Regulation of flowering by trehalose-6-phosphate signaling in Arabidopsis thaliana. Science 339, 704-707。
http://www.plantcell.org/content/plantcell/early/2020/04/10/tpc.19.00837.full.pdf
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