Specific Arabidopsis thaliana malic enzyme isoforms can provide anaplerotic pyruvate carboxylation function in Saccharomyces cerevisiae

NAD(P)-malic enzyme (NAD(P)-ME) catalyzes the reversible oxidative decarboxylation of malate to pyruvate, CO2, and NAD(P)H and is present as a multigene family in Arabidopsis thaliana. The carboxylation reaction catalyzed by purified recombinant Arabidopsis NADP-ME proteins is faster than those reported for other animal or plant isoforms. In contrast, no carboxylation activity could be detected in vitro for the NAD-dependent counterparts. In order to further investigate their putative carboxylating role in vivo, Arabidopsis NAD(P)-ME isoforms, as well as the NADP-ME2del2 (with a decreased ability to carboxylate pyruvate) and NADP-ME2R115A (lacking fumarate activation) versions, were functionally expressed in the cytosol of pyruvate carboxylase-negative (Pyc−) Saccharomyces cerevisiae strains. The heterologous expression of NADP-ME1, NADP-ME2 (and its mutant proteins), and NADP-ME3 restored the growth of Pyc− S. cerevisiae on glucose, and this capacity was dependent on the availability of CO2. On the other hand, NADP-ME4, NAD-ME1, and NAD-ME2 could not rescue the Pyc− strains from C4 auxotrophy. NADP-ME carboxylation activity could be measured in leaf crude extracts of knockout and overexpressing Arabidopsis lines with modified levels of NADP-ME, where this activity was correlated with the amount of NADP-ME2 transcript. These results indicate that specific A. thaliana NADP-ME isoforms are able to play an anaplerotic role in vivo and provide a basis for the study on the carboxylating activity of NADP-ME, which may contribute to the synthesis of C4 compounds and redox shuttling in plant cells. Fil: Badia, Mariana Beatriz. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina Fil: Mans, Robert. Delft University of Technology; Países Bajos Fil: Lis, Alicia V.. Delft University of Technology; Países Bajos. Universitat Saarland; Alemania Fil: Tronconi, Marcos Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina Fil: Arias, Cintia Lucia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina Fil: Maurino, Verónica Graciela. Heinrich Heine Universität; Alemania Fil: Andreo, Carlos Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina Fil: Drincovich, Maria Fabiana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina Fil: Maris, Antonius J. A. van. Delft University of Technology; Países Bajos. AlbaNova University Center; Suecia Fil: Gerrard Wheeler, Mariel Claudia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina