近日，山東大學生命科學學院教授白明義課題組揭示了糖誘導保衛(wèi)細胞淀粉降解促進氣孔開放的機制。相關研究論文發(fā)表于《植物細胞》。
氣孔由兩個保衛(wèi)細胞合圍而成，保衛(wèi)細胞通過體積變化來調節(jié)氣孔運動，其中的淀粉代謝對氣孔運動起著關鍵的調控作用。淀粉在黎明見光后會迅速降解形成葡萄糖，但葡萄糖在氣孔運動中有何作用尚不清楚。白明義課題組的研究工作顯示，植物生長在光照不足沒有外援碳源的條件下，保衛(wèi)細胞中淀粉含量低并且見光不能降解，氣孔不能開放。此時在培養(yǎng)基中添加蔗糖，就能恢復保衛(wèi)細胞中的淀粉含量，并在見光后正常降解，氣孔正常開放，說明糖對保衛(wèi)細胞的淀粉降解和氣孔開放有顯著促進作用。
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，通過感受生物體內碳營養(yǎng)能量信號來調控發(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)細胞中淀粉代謝異常，氣孔不能開放、氣孔導度降低的現(xiàn)象，并抑制了外施蔗糖對氣孔開放的促進作用，說明糖調控TOR激酶對保衛(wèi)細胞的淀粉降解和氣孔開放是重要的。進一步研究表明，糖和TOR特異地通過穩(wěn)定油菜素內酯信號轉導轉錄因子BZR1來促進保衛(wèi)細胞淀粉降解關鍵基因BAM1的表達;同時，糖和TOR誘導BAM1磷酸化，增加其蛋白穩(wěn)定性，從而促進保衛(wèi)細胞淀粉降解誘導氣孔開放。
該研究系統(tǒng)解析了TOR調控保衛(wèi)細胞淀粉降解和氣孔運動的分子機理，與前人研究結果相互支持，共同揭示了糖和TOR在保衛(wèi)細胞淀粉降解和氣孔運動中的重要功能，為傳統(tǒng)的“淀粉—糖調控氣孔運動”假說增加了新視角。(記者 廖洋 通訊員 車慧卿)
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