近日中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所和廣東省農(nóng)科院、美國(guó)伊利諾伊大學(xué)等單位合作，揭示了玉米葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白CST1介導(dǎo)調(diào)節(jié)氣孔運(yùn)動(dòng)和光合作用的分子機(jī)制。該研究進(jìn)一步厘清氣孔開(kāi)閉與光合作用的調(diào)控途徑，未來(lái)可利用CST1及其他氣孔運(yùn)動(dòng)控制基因的調(diào)控機(jī)制提升光合效率，為提高作物產(chǎn)量提供一條新的思路。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《植物細(xì)胞（Plant Cell）》上。
光合作用是植物生長(zhǎng)最重要的生理途徑，對(duì)作物而言，作物的光合作用效率也是從源頭上決定作物產(chǎn)量高低的關(guān)鍵因素。因此，通過(guò)光合作用固定大氣二氧化碳對(duì)植物的生存至關(guān)重要。為了達(dá)到最佳的光合效率，植物可根據(jù)自身的碳狀態(tài)控制葉片的光合速率：當(dāng)光合產(chǎn)物不足時(shí)，植物會(huì)上調(diào)光合作用效率；而光合產(chǎn)物過(guò)度積累時(shí)，則通過(guò)光同化物反饋調(diào)節(jié)抑制光合作用。氣孔是二氧化碳進(jìn)入植物葉片的門(mén)戶(hù)，氣孔的開(kāi)閉可以控制光合作用的速率。雖然碳狀態(tài)對(duì)氣孔開(kāi)閉和光合作用效率的調(diào)節(jié)是植物界的普遍現(xiàn)象，但是其分子機(jī)制尚不明確。
該研究在玉米突變體庫(kù)中首次鑒定了一個(gè)閉孔突變體cst1。cst1突變體在灌漿期前和野生型玉米沒(méi)有表型差異，但是在灌漿期表現(xiàn)出氣孔關(guān)閉、葉片早衰、籽粒灌漿不足的表型。通過(guò)圖位克隆和CRISPR / Cas9驗(yàn)證，證明cst1基因編碼葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白CST1，突變降低了該蛋白的寡聚化和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)活性。通過(guò)比較cst1突變體和野生型玉米的轉(zhuǎn)錄組和代謝組，發(fā)現(xiàn)cst1突變體中C4光合作用基因顯著下調(diào)，碳饑餓標(biāo)志基因和標(biāo)志代謝物顯著上調(diào)，這和氣孔關(guān)閉的表型是一致的。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，CST1的表達(dá)受到碳饑餓的誘導(dǎo)和光合產(chǎn)物的抑制，揭示CST1在光合同化物反饋調(diào)節(jié)氣孔運(yùn)動(dòng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
