科學家發(fā)現(xiàn)玉米高光效調(diào)控新機制

近日，中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所和廣東省農(nóng)科院、美國伊利諾伊大學等單位合作，揭示了玉米葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白CST1介導調(diào)節(jié)氣孔運動和光合作用的分子機制。相關研究成果在線發(fā)表于《植物細胞》。

光合作用是植物生長最重要的生理途徑，氣孔是二氧化碳進入植物葉片的門戶，氣孔的開閉可以控制光合作用的速率。雖然碳狀態(tài)對氣孔開閉和光合作用效率的調(diào)節(jié)是植物界的普遍現(xiàn)象，但是其分子機制尚不明確。

該研究在玉米突變體庫中首次鑒定了一個閉孔突變體CST1。CST1突變體在灌漿期前和野生型玉米沒有表型差異，但是在灌漿期表現(xiàn)出氣孔關閉、葉片早衰、籽粒灌漿不足的表型。通過圖位克隆和CRISPR / Cas9驗證，證明CST1基因編碼葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白CST1，突變降低了該蛋白的寡聚化和葡萄糖轉(zhuǎn)運活性。通過比較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)，碳饑餓標志基因和標志代謝物顯著上調(diào)，這和氣孔關閉的表型是一致的。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，CST1的表達受到碳饑餓的誘導和光合產(chǎn)物的抑制，揭示CST1在光合同化物反饋調(diào)節(jié)氣孔運動中發(fā)揮關鍵作用。