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生物所揭示玉米高光效调控新机制
【发布时间:2019-04-24】【关注度:

   近日,中国农科院生物技术研究所和广东省农科院、美国伊利诺伊大学等单位合作,揭示了玉米葡萄糖转运蛋白CLOSED STOMATA1(CST1)介导调节气孔运动和光合作用的分子机制,相关论文发表在《植物细胞》( Plant Cell)上。
   通过光合作用固定大气二氧化碳(CO2)对植物的生存至关重要。为了达到最佳的光合效率,植物可根据自身的碳状态控制叶片的光合速率:当光合产物不足时,植物会上调光合作用效率;而光合产物过度积累时,则通过光同化物反馈调节抑制光合作用。气孔是CO2进入植物叶片的门户,气孔的开闭可以控制光合作用的速率。虽然碳状态对气孔开闭和光合作用效率的调节是植物界的普遍现象,但是其分子机制尚不明确。
   本研究在玉米突变体库中首次鉴定了一个闭孔突变体cst1(closed stomata1)。cst1突变体在灌浆期前和野生型玉米没有表型差异,但是在灌浆期表现出气孔关闭、叶片早衰、籽粒灌浆不足的表型。通过图位克隆和CRISPR / Cas9验证,证明cst1基因编码葡萄糖转运蛋白CST1,突变降低了该蛋白的寡聚化和葡萄糖转运活性。通过比较cst1突变体和野生型玉米的转录组和代谢组,发现cst1突变体中C4光合作用基因显著下调,碳饥饿标志基因和标志代谢物显著上调,这和气孔关闭的表型是一致的。此外,研究还发现,CST1的表达受到碳饥饿的诱导和光合产物的抑制,揭示CST1在光合同化物反馈调节气孔运动中发挥关键作用。
   光合作用是植物生长最重要的生理途径,对作物而言,作物的光合作用效率也是从源头上决定作物产量高低的关键因素。本文的第一作者,生物技术所汪海博士认为,进一步厘清气孔开闭与光合作用的调控途径,未来可以利用CST1及其他气孔运动控制基因的调控提升光合效率,可为提高作物产量提供一条新的思路。

论文链接:http://www.plantcell.org/content/early/2019/04/17/tpc.18.00736

 

 

 
   
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