研究发现植物气孔开闭调控新机制

来源:《中国科学报》 2020-05-15 14:26:26

日前,瑞士苏黎世联邦理工学院、中国浙江大学联合研究团队发现葡萄糖是保卫细胞(植物气孔的两个“唇”)中主要的淀粉代谢产物,并且在蓝光诱导的气孔开放过程中,葡萄糖是气孔的主要能量来源。这一发现有助于揭示植物气孔开闭调控的新机制。相关论文发表于《植物细胞》。

为适应环境的影响,植物的气孔会经常开闭,这对于植物平衡光合作用中二氧化碳的摄入和蒸腾过程中水分的释放十分重要。但植物气孔开闭调控的机制仍在深入研究中。

保卫细胞中的淀粉降解是蓝光诱导下气孔打开的标志之一。为了研究这一现象,研究团队利用了淀粉降解双突变体amy3-bam1。在amy3-bam1双突变体中,蓝光诱导的穿过保卫细胞质膜的氢、钾和氯等离子转运并未发生改变,这表明淀粉降解产物不会直接影响保卫细胞运输离子的能力。

长期以来,人们认为淀粉降解产生的碳骨架可用于合成苹果酸,并且苹果酸合量变化与保卫细胞原生质体体积有关。

然而,该研究发现,amy3-bam1双突变体的保卫细胞中苹果酸的浓度与野生型相似,并未发生明显改变;而葡萄糖的水平却显著降低。这表明葡萄糖是保卫细胞中主要的淀粉代谢产物,并且在蓝光诱导的气孔开放过程中是主要能量来源。

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力学与淀粉动力学变化,该研究发现,转换到光下时的气孔开放速率,与淀粉的量及其迅速分解的能力有关。在amy3-bam1双突变体和aha1突变体中,保卫细胞淀粉降解导致了气孔张开的延迟。这进一步表明了气孔开放速率与保卫细胞糖稳态存在相关性。(记者郑金武)

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