研究发现植物气孔开闭调控新机制

为了适应环境的影响,植物的气孔经常是开放和关闭的,这对于植物在光合作用中平衡二氧化碳的摄入和在蒸腾作用中平衡水分的释放是非常重要的。然而,植物气孔开闭调节的机制仍处于深入研究之中。

几天前,瑞士苏黎世联邦理工学院和中国浙江大学的一个联合研究小组在《植物细胞》杂志上发表了一篇综述文章,指出葡萄糖是保卫细胞(植物气孔的两个“唇”)中的主要淀粉代谢物,葡萄糖是蓝光诱导气孔开放过程中气孔的主要能量来源,这有助于揭示调节植物气孔开闭的新机制。

保卫细胞中淀粉降解是蓝光诱导气孔开放的标志之一。为了研究这一现象,研究小组使用了淀粉降解双突变体amy3-bam1。在淀粉降解双突变体amy3-bam1中,蓝光诱导的氢、钾和氯通过保卫细胞膜的血浆转运没有改变,这表明淀粉降解产物不会直接影响保卫细胞转运离子的能力。

长期以来,人们认为淀粉降解产生的碳架可以用来合成苹果酸,苹果酸合成量的变化与保卫细胞的原生质体体积有关。

然而,研究发现amy3-bam1双突变体的保卫细胞中苹果酸的浓度与野生型相似,没有明显变化。然而,葡萄糖水平显著下降。这表明葡萄糖是保卫细胞中的主要淀粉代谢物,并在蓝光诱导的气孔开放过程中作为主要能量来源。

通过比较野生型、amy3-bam1双突变体和aha1突变体在光暗交替条件下的气孔动态和淀粉动态,发现转光时的气孔开度与淀粉量及其快速分解能力有关。在amy3-bam1双突变体和aha1突变体中,保卫细胞的淀粉降解导致气孔开放延迟。这进一步表明气孔开放率和保卫细胞的糖稳态之间存在相关性。

此外,研究发现,在强光和红光下,气孔的开启与淀粉降解无关。进一步的研究表明,红光诱导的气孔变化是由叶肉细胞光合作用产生的蔗糖驱动,并通过AHA1(氢离子运输阶段)转移到保卫细胞。

发表在《植物细胞》杂志上的密歇根州立大学的安妮·雷的综述文章指出,以前的研究人员认为保卫细胞淀粉会分解成糖并转化成苹果酸。然而,中瑞联合研究小组的研究发现,它挑战了关于保卫细胞代谢和离子运输之间关系的一些早期假设,并最终挑战了气孔开放动力学。

蓝光诱导保卫细胞的气孔开放反应

相关论文信息:https://doi.org/10.1105/tpc.18.00802

https://doi.org/10.1105/tpc.20.00345

标题:研究发现植物气孔开闭调控新机制

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