eLife：极性蛋白质形成有效的“呼吸”气孔

伯尔尼大学的一个研究小组正在研究植物如何“呼吸”。他们对草是如何在叶子上形成有效的“呼吸孔”有了新的见解。如果在这一发展过程中缺少重要的标志性成分，植物和大气之间的气体交换就会受损。这些发现在气候变化方面也很重要。

   

   

图片:两个“指南针蛋白”中的一个(POLAR，粉红色)引导未来的细胞分裂。灰色为发育中的叶片上的细胞轮廓。    

图片来源:Michael T. raisig提供

草类有“呼吸气孔”(称为气孔)，气孔的打开和关闭一方面调节光合作用对二氧化碳的吸收，另一方面调节蒸腾作用对水分的流失。与许多其他植物不同，草的气孔形成横向的“辅助细胞”。由于这些细胞，草的气孔可以更快地打开和关闭，这优化了植物与大气的气体交换，从而节约了水。

在目前的研究中，伯尔尼大学植物科学研究所(IPS)的Michael Raissig教授、Heike Lindner博士和合著者Roxane Spiegelhalder研究了草中辅助细胞的发育Brachypodium distachyon。他们发现了两种蛋白质在细胞的相反方向上积累，就像“指南针”一样，确保草类辅助细胞的正确发育。研究结果发表在杂志上eLife．

辅助细胞发育的细胞指南针

辅助细胞是由不平等、不对称的细胞分裂形成的。在这个过程中，一个细胞分裂成一个小细胞、辅助细胞和一个较大的邻近细胞。为了使这种分裂以正确的比例和方向发生，细胞需要路标。这些标记作为指向点，由所谓的极性蛋白质给出，极性蛋白质积聚在细胞的相反两侧，因此可以定义，例如，左和右或上和下。在这项研究中，伯尔尼的研究人员发现了两种极性蛋白质，它们积聚在相反的两侧。“在某种意义上，这两种蛋白质就像一个细胞指南针，控制着细胞分裂的方向和辅助细胞的发育。我们发现，当其中一种蛋白质缺失时，辅助细胞就不能正常形成。这对草的高效和节水气体交换产生了负面影响，”项目负责人Michael raisig解释道。

植物呼吸气孔与气候变化

Michael raisisg说:“我一直很感兴趣的是，在单个细胞类型中缺乏细胞指南针会影响整个植物的气体交换动态和效率。”他说，考虑到气候变化会导致更长的干旱期和过热，这一点尤其重要。草类在人类粮食安全中发挥着核心作用;玉米、大米和小麦等谷物都是禾草，它们提供了人类消耗的一半以上的卡路里。“因此，了解植物是如何“呼吸”的，以及草是如何以及为什么形成更有效的“呼吸”毛孔是至关重要的，”raisisg补充道。

虽然这项研究主要集中在发育生物学上，但这些发现可能与改善农作物有关。“气孔是树叶和环境之间的细胞守门人，是第一个对气候变化做出反应的，”博士生、合著者罗克珊·斯皮格霍尔德说。因此，她说，有必要了解草是如何以及为什么成为最有效的“看门人”，以便以更节水的方式“呼吸”。然而，Spiegelhalder总结说，这些发现如何以及是否可以转移到其他作物上，还需要进一步的研究。