Sucrose synthase 2 regulates whole plant transpiration in Nicotiana tabacum L.

Stomata are small structures present primarily in the leaf epidermis of plants, composed of two guard cells that surround and regulate the opening and closing of the stomatal pore. Stomatal movements regulate atmospheric CO2 input for photosynthesis and transpired water output, being thus important for plant water use efficiency, defined by the ratio of CO2 assimilation to transpired water loss. Recent results indicate that the degradation of sucrose is a mechanism responsible for inducing stomatal opening. Additionally, it has been shown that genetic manipulation of guard cell sucrose metabolism is a potential tool for obtaining plants that consume less water and/or having greater water use efficiency. Within this perspective, this study aimed to evaluate the biotechnological potential of genetic manipulation of guard cells saccharolytic activity in the development of drought tolerant and/or more water use efficient plants. Different biochemical and molecular analyzes coupled with an extensive physiological characterization were developed in order to characterize the phenotype of transgenic Nicotiana tabacum plants antisense for the potato sucrose synthase 3 gene (StSUS3) under the control of the stomatal-specific KST1 promoter. The results demonstrated that the inserted transgene (StSUS3) reduced the expression of tobacco NtSUS2 isoform, which consequently altered substantially guard cell metabolism. Also, the plants decreased stomatal conductance and whole plant transpiration rates and increased the water use efficiency, besides the plants presented a drought avoidance phenotype. Taken together, our results indicate that the NtSUS2 gene is a key regulator of plant transpiration and is therefore an important biotechnological target.Os estômatos são pequenas estruturas presentes principalmente na epiderme foliar das plantas, composto por duas células-guarda que circundam e regulam a abertura e o fechamento do poro estomático. Os movimentos estomáticos regulam a entrada de CO2 atmosférico para a fotossíntese e a saída de água via transpiração, sendo importantes na regulação da eficiência do uso da água, sendo a razão entre a assimilação de CO2 e a perda de água via transpiração. Resultados recentes indicam que a degradação da sacarose é um mecanismo responsável por induzir a abertura dos estômatos. Adicionalmente, foi demonstrado que a manipulação genética do metabolismo da sacarose de células-guarda é uma ferramenta potencial para a obtenção de plantas que consomem menos água e/ou maior eficiência do uso da água. Dentro desta perspectiva, este trabalho teve como objetivo avaliar o potencial biotecnológico da manipulação genética da atividade sacarolítica de células-guarda no desenvolvimento de plantas tolerantes a seca e/ou com maior eficiência do uso da água. Diferentes análises bioquímicas e moleculares somadas à uma extensa caracterização fisiológica foram desenvolvidas a fim de caracterizar o fenótipo de plantas transgênicas de Nicotiana tabacum antisenso para o gene sacarose sintase 3 (StSUS3) de batata sob o controle do promotor KST1 específico de estômatos. Os resultados demonstraram que o transgene inserido (StSUS3) reduziu a expressão da isoforma NtSUS2 de tabaco, que, por consequência, alterou substancialmente o metabolismo de células guarda. Além disso, as plantas diminuíram a condutância estomática e taxas de transpiração da planta inteira e elevou a eficiência do uso da água, além das plantas apresentarem um fenótipo de evitar a seca. Tomados em conjunto, nossos resultados indicam que o gene NtSUS2 é um regulador chave da transpiração vegetal, sendo, assim, um importante alvo biotecnológico