近日，山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授白明義課題組揭示了糖誘導(dǎo)保衛(wèi)細(xì)胞淀粉降解促進(jìn)氣孔開放的機(jī)制。相關(guān)研究論文發(fā)表于《植物細(xì)胞》。
氣孔由兩個(gè)保衛(wèi)細(xì)胞合圍而成，保衛(wèi)細(xì)胞通過(guò)體積變化來(lái)調(diào)節(jié)氣孔運(yùn)動(dòng)，其中的淀粉代謝對(duì)氣孔運(yùn)動(dòng)起著關(guān)鍵的調(diào)控作用。淀粉在黎明見光后會(huì)迅速降解形成葡萄糖，但葡萄糖在氣孔運(yùn)動(dòng)中有何作用尚不清楚。白明義課題組的研究工作顯示，植物生長(zhǎng)在光照不足沒有外援碳源的條件下，保衛(wèi)細(xì)胞中淀粉含量低并且見光不能降解，氣孔不能開放。此時(shí)在培養(yǎng)基中添加蔗糖，就能恢復(fù)保衛(wèi)細(xì)胞中的淀粉含量，并在見光后正常降解，氣孔正常開放，說(shuō)明糖對(duì)保衛(wèi)細(xì)胞的淀粉降解和氣孔開放有顯著促進(jìn)作用。
雷帕霉素靶蛋白TOR是真核生物體中一種高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，通過(guò)感受生物體內(nèi)碳營(yíng)養(yǎng)能量信號(hào)來(lái)調(diào)控發(fā)育。課題組研究發(fā)現(xiàn)，TOR激酶的功能缺失造成了保衛(wèi)細(xì)胞中淀粉代謝異常，氣孔不能開放、氣孔導(dǎo)度降低的現(xiàn)象，并抑制了外施蔗糖對(duì)氣孔開放的促進(jìn)作用，說(shuō)明糖調(diào)控TOR激酶對(duì)保衛(wèi)細(xì)胞的淀粉降解和氣孔開放是重要的。進(jìn)一步研究表明，糖和TOR特異地通過(guò)穩(wěn)定油菜素內(nèi)酯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子BZR1來(lái)促進(jìn)保衛(wèi)細(xì)胞淀粉降解關(guān)鍵基因BAM1的表達(dá);同時(shí)，糖和TOR誘導(dǎo)BAM1磷酸化，增加其蛋白穩(wěn)定性，從而促進(jìn)保衛(wèi)細(xì)胞淀粉降解誘導(dǎo)氣孔開放。
該研究系統(tǒng)解析了TOR調(diào)控保衛(wèi)細(xì)胞淀粉降解和氣孔運(yùn)動(dòng)的分子機(jī)理，與前人研究結(jié)果相互支持，共同揭示了糖和TOR在保衛(wèi)細(xì)胞淀粉降解和氣孔運(yùn)動(dòng)中的重要功能，為傳統(tǒng)的“淀粉—糖調(diào)控氣孔運(yùn)動(dòng)”假說(shuō)增加了新視角。(記者 廖洋 通訊員 車慧卿)
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