中國科學院在Ca2+信號調控氣孔運動的分子機制解析方面取得突破

中國科學院分子植物科學卓越創新中心植物分子遺傳國家重點實驗室王永飛研究組研究發現，以CNGC2、CNGC5、CNGC6、CNGC9 和CNGC12為主的多個CNGC家族成員在擬南芥氣孔保衛細胞中表達，并由此推測多個CNGC成員以功能冗余的方式動態形成氣孔保衛細胞質膜Ca通道，負責Ca信號的產生和調控。研究團隊據此構建了顯性抑制（dominant negative）擬南芥轉基因株系CNGC6-DN1、CNGC6-DN2和CNGC6-DEL，并在這些株系中觀察到了ABA不能有效驅動氣孔關閉和抑制光誘導的氣孔開放的表型，其離體葉片的失水萎蔫速度明顯快于野生型。為了明確主效CNGC基因，研究團隊進一步構建了功能敲除的雙突變體cngc5/6、三突變體cngc5/6/9和四突變體cngc5/6/9/12，并在四突變體基礎上構建了多個功能回復株系。研究發現，只有四突變體cngc5/6/9/12具有類似于顯性抑制轉基因植株的表型，即其離體葉片失水萎蔫更快，氣孔無法在ABA誘導下有效關閉等；同時這4個CNGC基因的任何一個在四突變體背景下的回復表達都可以有效回復葉片失水和氣孔運動表型。研究團隊進一步利用電生理技術和活體細胞的Ca信號實時檢測等技術分析證實，CNGC5、6、9和12共同組成一類ABA激活的質膜Ca通道，這4個CNGC的功能缺失導致氣孔保衛細胞質Ca信號的紊亂，從而抑制ABA對氣孔的調控作用。相關研究內容于2022年9月8日在線發表在《The Plant Cell》上。