JIPB | 浙江大学农业与生物技术学院王一州课题组揭示液泡膜钙离子ATPase在调节气孔行为和增强植物耐旱性中的重要作用
文摘
科学
2024-07-02 11:00
北京
气孔是植物维持水分和抵御干旱的关键结构，植物通过调节气孔开度以平衡水分的蒸腾与CO2吸收。但是在干旱条件下，植物为了减少水分流失，气孔关闭且光合作用受限，造成了提高气孔开度与植物耐旱性之间的矛盾。保卫细胞中的离子转运过程在调控气孔开闭中发挥重要作用，因此或许可以通过操纵离子转运过程以同步增强气孔开度及耐旱性。此外，保卫细胞量化模型OnGuard拥有可靠且强大的预测能力，可以精确描绘保卫细胞中离子转运体的运动及其协调机制，这对气孔研究有着重要的指导作用。近日，浙江大学农业与生物技术学院王一州课题组在JIPB发表了题为“Overexpression of Tonoplast Ca2+-ATPase in Guard Cells Synergistically Enhances Stomatal Opening and Drought Tolerance”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13721)，揭示了液泡膜Ca2+-ATPase在调节气孔行为和增强植物耐旱性中的重要作用。在OnGuard模型的指导下，本研究成功创制了液泡Ca2+-ATPase主要基因ACA11的过表达植物，该基因的过表达促进了气孔开放，增强了植物生长。同时，在干旱条件下，由于气孔的关闭造成通过气孔的水分流失减少，ACA11过表达植株还表现出了增强的干旱耐受性 (图1)。OnGuard模型再次帮助解析了在ACA11过表达植株中观察到的非预期气孔行为背后的机制。![]()
研究显示，ACA11的过表达促进了Ca2+在液泡中的积累，影响了Ca2+的储存，并增强了在脱落酸 (ABA) 作用下Ca2+浓度的升高，这一调节精密地调整了气孔的响应，最终提升了植株干旱耐受性 (图2)。本研究强调了液泡膜Ca2+-ATPase在调控气孔行为和提高干旱适应性方面的重要性。此外，这些结果显示了定位在液泡的ACA11基因在不同环境条件下的多功能性，强调了其在未来植物改良中的潜在应用价值，也为通过精准调控气孔行为提升植物干旱适应性提供了新思路。浙江大学农业与生物技术学院硕士研究生苏敬涵与已毕业硕士何冰清为该论文的共同第一作者，浙江大学农业与生物技术学院王一州研究员为该论文的通讯作者。本研究得到浙江省自然科学基金 (LR21C020001)，国家自然科学基金 (32372017, 31871537, U2003115)，海南省崖州湾种子实验室 (B21HJ0220) 项目的资助。Su, J., He, B., Li, P., Yu, B., Cen, Q., Xia, L., Jing, Y., Wu, F., Karnik, R., Xue, D., Blatt, M.R., et al. (2024). Overexpression of tonoplast Ca2+-ATPase in guard cells synergistically enhances stomatal opening and drought tolerance. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13721JIPB面向全球，刊发整合植物生物学研究的重要创新成果，包括宏观和微观领域有创新性的重要研究论文、综述、突破性报道、新资源、新技术和评论性文章等。2023年2年SCI_IF: 9.3，位于植物学TOP 3.2%，SCI的Q1区。2023年Scopus数据库中CiteScore: 18.0，位于TOP 2%。JIPB位于中国科学院期刊分区生物学大类1区和植物学小类1区，中国科协《植物科学领域高质量期刊分级目录》T1级，并入选中国科技期刊卓越行动计划。
