光诱导气孔开放会刺激植物吸收CO 2和蒸腾作用。强烈的红光下的弱蓝光有效地诱导了气孔的开放。依赖于蓝光的气孔开放通过光蛋白引发光感知,并且信号通过蓝光信号1(BLUS1)激酶传递至保卫细胞的质膜H-ATPase。2021年2月28日,Plant Cell在线发表了来自日本Yamaguchi University的Atsushi Takemiya课题组题为“A BLUS1 kinase signal and a decrease in intercellular CO2 concentration are necessary for stomatal opening in response to blue light“的研究论文。该研究揭示了BLUS1在蓝光诱导的气孔开放中的作用机制,表明红光和蓝光诱导的气孔开放途径均部分依赖于细胞间CO2浓度(Ci)的变化,部分依赖于光特异性信号传导。同时还指出了光蛋白在蓝光诱导的气孔信号传导中的负调控作用,为该领域的研究开辟了令人兴奋的新途径。 早晨,叶片的气孔在光照下开放,以允许CO2流入进行光合作用。光谱中的红色和蓝色通过不同的机制触发气孔开放。红光诱导的气孔开放主要归因于光合作用的激活,从而导致细胞间CO2浓度(Ci)降低,进而刺激气孔开放。高水平的红光是激活气孔打开所必需的,而非常低的蓝光强度也可以触发气孔打开,但仅在存在强红色光的情况下。蓝光触发光敏蛋白受体PHOT1和PHOT2的自磷酸化,然后将其丝氨酸348处的激酶BLUE LIGHT SIGNALING 1(BLUS1)磷酸化(Ser-348)。BLUS1的磷酸化通过未知机制导致保卫细胞质膜H+-ATPase的磷酸化和激活,从而导致膜超极化和气孔打开。 该研究发现BLUS1激酶的C末端区域起着自抑制域的作用,而该域中Ser-348的磷酸化对于BLUS1的激活是必需的。此外,研究表明表达磷酸化S348D BLUS1的植物具有强烈的红光诱导的气孔开放,类似于表达GFP337的植物。因此,Ser-348的磷酸化可能导致C末端结构域释放对BLUS1激酶活性的自抑制(见图)。 此外,有趣的是表达GFP-337的植物在黑暗中仍使H + -ATPase磷酸化,但它们的气孔仍处于关闭状态。因此,该研究认为除了H + -ATPase活化外,气孔开放还需要降低Ci。为了测试这一点,他们比较了在不同Ci下,气孔打开对黑暗中的弱蓝光的响应。尽管在黑暗中标准条件下气孔并未响应弱蓝光而打开,但当通过降低环境CO2浓度降低Ci时,气孔就会打开。尽管如此,在低Ci下黑暗中蓝光诱导的气孔开放仍然比在相似Ci下的红光弱,这表明红光通过其他机制触发了气孔开放。此外,作者通过分析表达GFP-337的phot1 phot2 blus1三重突变体中的光诱导气孔运动来测试光蛋白是否可能参与该过程。尽管存在红光诱导的强气孔开放,但这些植物中却没有蓝光诱导的气孔闭合。因此,与表达GFP-337的植物中的蓝光诱导的气孔关闭相比,光养蛋白是必需的,与其在蓝光诱导的气孔打开中的众所周知的作用相反。论文链接: https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koab067/6151705微信加群iPlants专注于全球植物科学前沿研究报道,已有二十万多学者关注。现已组建了22个500人/群的植物科学研究的研究生/教授的实名认证交流群,其都来自全球各大高校和研究所的同学和老师。欢迎从事植物科学相关研究的同学和老师加入我们,一起讨论学术和梦想。温馨提示:加iPlants助手微信号(ID: iplants-1)或长按下面二维码时进群时,请备注一下学校+专业+学生/老师,以便我们能拉你进相应的交流群,否则不予通过)投稿、商务合作、转载开白名单等事宜请联系微信ID:iplants或18321328797或邮箱:703131029@qq.com