Physiological and metabolic implications due the functional lack of organic acids channel AtALMT12 in Arabidopsis thaliana

Várias rotas metabólicas permitem o acúmulo de solutos necessários para o controle da abertura e fechamento estomático. Assim, os movimentos do poro estomático são regulados por alterações no potencial osmótico das células-guarda e essas alterações são alcançadas principalmente pelo transporte de íons (e.g. potássio, malato e cloreto) através de membranas celulares. Apesar do entendimento sobre os fluxos de potássio e cloreto através da membrana plasmática de células-guarda ser amplamente reconhecido, pouco se sabe acerca do papel do metabolismo de ácidos orgânicos (e.g. malato e fumarato) no controle dos movimentos estomáticos. Neste estudo, portanto, investigou-se a função do AtALMT12, um membro da família de transportadores de malato ativados por alumínio (ALMT) localizado na membrana plasmática de células-guarda. Foram utilizadas duas linhas mutantes de Arabidopsis thaliana (almt12-1 e almt12-2) e seus correspondentes tipos selvagens. Plantas almt12 foram caracterizadas por apresentarem prejuízos na cinética de fechamento estomático induzida tanto por escuro como por alta concentração de CO 2 . Aumentos em parâmetros de crescimento (e.g. área foliar e taxa de crescimento relativo) foram observados em plantas almt12 sem alterações na densidade estomática. Maiores taxas fotossintéticas (A N ) com incrementos correspondentes na condutância estomática e mesofílica, assim como na velocidade máxima de carboxilação e na taxa de transporte de elétrons, indicam uma maquinaria fotossintética aparentemente mais ativa em plantas almt12. As diferenças em A N não foram associadas a limitações fotoquímicas nem bioquímicas da fotossíntese, sendo governadas, fundamentalmente por maiores disponibilidades internas de CO 2 . Observou-se, também, uma alta correlação entre a degradação do amido, utilização de malato e fumarato como fonte de C para a respiração, sustentando maiores taxas de crescimento sem, contudo, alterar os níveis de aminoácidos, proteínas e pigmentos fotossintéticos. Sugere-se, portanto, que as alterações no metabolismo do C são, em larga extensão, associadas a aumentos em A N , sem alterar, no entanto, a atividade catalítica máxima de enzimas- chave envolvidas no metabolismo fotossintético e respiratório. Concomitante, estes resultados demonstram que, ao menos sob condições ótimas de crescimento, a regulação ineficiente do fechamento dos estômatos em plantas almt12 está largamente associada à maior capacidade fotossintética dessas plantas promovendo alterações no metabolismo primário, particularmente do C, refletindo em aumentos na taxa de crescimento.Several pathways allow the accumulation of solutes required for the control of stomatal closure and aperture. The movements of the stomatal pore are regulated by changes in the osmotic potentials of the guard cells and these changes are mainly achieved by ion transport (e.g. potassium, malate and chloride) across cellular membranes. While our knowledge about potassium and chloride fluxes across the plasma membrane of guard cells is advanced, little is known about the role of organic acid metabolism (e.g. malate and fumarate) in controlling stomatal movements. To enlighten this issue we investigated the function of the AtALMT12, a member of the aluminum activated malate transporter family located in the plasma membrane of guard cells. We used two Arabidopsis thaliana mutant lines (almt12-1 and almt12-2), and their corresponding wild type. almt12 mutant plants were characterized by an impaired dark- and CO 2 -induced stomatal closure. Increases in growth parameters such as leaf area and relative growth rate were observed in almt12 plants, despite the absence of changes in stomatal density. Higher photosynthetic rates (A N ) with correspondent increments in stomatal and mesophyll conductance and increases in maximum carboxylation velocity and electron transport rate indicates a photosynthetic apparatus apparently more active in almt12 plants. Nevertheless, differences in A N seem unlikely to have been caused either by photochemical impairments or a direct end-product-mediated feedback down-regulation of photosynthesis. It was also observed a high correlation between starch degradation and the usage of malate and fumarate as C source for respiration which is able to sustain higher growth rates, with no major changes in amino acids, protein and photosynthetic pigments. Overall, changes in C metabolism in these plants were largely associated with increases in the A N , even though the similar maximum catalytic activity of key enzymes involved in photosynthetic and respiratory metabolism. Altogether, these results demonstrated that, at least under optimal growth conditions, inefficient regulation of stomata closure in almt12 plants, was greatly associated to higher photosynthetic capacity which in turn lead to alterations in primary metabolism, particularly C metabolism, reflecting in increases in growth rate.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic