Regulation of intra-organellar calcium homeostasis in the Golgi apparatus of Arabidopsis thaliana

Abstract

This study aimed to elucidate Ca2+ homeostasis in the Golgi apparatus of Arabidopsis. The importance of the Golgi-localised Ca2+ transport proteins, BICAT3 and ECA3, with respect to stress-induced free Ca2+ elevations in the Golgi was examined. BICAT3, a member of the UPF0016 family, and the Ca2+-ATPase ECA3 colocalised, whereby BICAT3 was precisely localised in the trans-Golgi. While T-DNA insertion mutants of both genes showed severe growth defects under high Ca2+, only the absence of ECA3 resulted in diminished growth under salinity. Changes in [Ca2+]Golgi were analysed by targeting the Ca2+ reporter Aequorin to different Golgi cisternae. NaCl led to a transient increase of [Ca2+] in the cis-Golgi that was partly dependent on ECA3 and to a lower extent on BICAT3, while an increase upon H2O2 was observed in cis- and trans-Golgi. The link between the requirement of ECA3 for salt tolerance and the salt-induced [Ca2+] elevation in the cis-Golgi needs further elucidation.

Diese Studie analysierte die Ca2+-Homöostase im Golgi-Apparat von Arabidopsis. Die Bedeutung der im Golgi lokalisierten Ca2+-Transportproteine BICAT3 und ECA3 wurde im Hinblick auf stressinduzierte Erhöhungen des freien Ca2+ im Golgi untersucht. BICAT3, ein Mitglied der UPF0016-Familie, und die Ca2+-ATPase ECA3 kolokalisierten, wobei BICAT3 im trans-Golgi lokalisiert war. Während Mutanten beider Gene bei hohem Ca2+-Gehalt Wachstumsdefekte aufwiesen, führte nur das Fehlen von ECA3 zu vermindertem Wachstum bei Salinität. Die Veränderungen in [Ca2+]Golgi wurden mittels des Ca2+-Reporters Aequorin in verschiedenen Zisternen analysiert. NaCl führte zu einem transienten Anstieg von [Ca2+] im cis-Golgi, der von ECA3 und in geringerem Maße von BICAT3 abhängig war, während bei H2O2 ein Anstieg im cis- und trans-Golgi beobachtet wurde. Der Zusammenhang zwischen der Bedeutung von ECA3 für die Salztoleranz und der salzinduzierten [Ca2+]-Erhöhung im cis-Golgi muss weiter aufgeklärt werden.