氨基酸的发现揭示了光如何使植物中的气孔打开

名古屋大学的科学家发现了一种控制植物气孔打开的新型调节机制，这对于通过光合作用利用太阳能至关重要。研究小组发现了质膜质子泵第 881 个苏氨酸残基 (Thr881) 磷酸化在此过程中响应红光和蓝光的作用。

这项研究开辟了以特定方式操纵植物生理学的可能性，从而造福于农业和环境。研究人员在《自然通讯》上报告了他们的发现。

“这种以前未知的磷酸化事件会激活质子泵，促进气孔打开并增强光合作用活动，”高级研究员 Toshinori Kinoshita 说。 “这些发现揭示了植物对光反应的复杂信号通路，并为未来在植物工程中的应用带来了希望。”

气孔是植物叶子表面的微小孔隙。它们通过调节光合作用所必需的二氧化碳的吸收，在气体交换中发挥着至关重要的作用。

了解控制气孔开放以响应环境信号(例如光)的分子机制是植物生理学和栽培的基础。在了解气孔开放方面的最新进展增加了重要农作物的生长和产量。

该过程的关键部分是氨基酸，尤其是苏氨酸的磷酸化。磷酸化是使用酶从氨基酸中添加或去除磷酸基团。它的作用就像一个开关，根据磷酸盐是否存在来改变蛋白质的结构和功能。

来自转化生物分子研究所 (WPI-ITbM) 和名古屋大学科学研究生院的研究人员合作研究了氨基酸 Thr881 的作用。他们对来自拟南芥(Arabidopsis thaliana)细胞的原生质体进行了广泛的磷酸化蛋白质组分析。

在红光和蓝光条件下观察到 Thr881 的磷酸化。双重激活机制依赖于光合作用和蓝光受体向光素，强调植物中光信号和生理反应之间复杂的相互作用。

使用拟南芥突变体的进一步研究证实了 Thr881 磷酸化在气孔开放中的重要作用。当他们制造表达缺乏 Thr881 磷酸化的突变质子泵的植物时，他们发现气孔孔径和蒸腾速率降低，强调了这种调节机制的重要性。

他们得出结论，膜蛋白 AHA1 的 Thr-881 与 Thr-948 一起响应蓝光而被磷酸化。 Thr-881 和 Thr-948 的磷酸化对于 H + -ATP酶的激活至关重要，从而使气孔打开。

“通过这项研究，我们已经能够识别出负责激活质膜质子泵的关键氨基酸，”Kinoshita 说。 “通过修改氨基酸，我们有可能控制气孔的开放。”

研究人员还在叶子和芽中观察到 Thr881磷酸化，表明它在植物生理学中发挥着比调节气孔更广泛的作用。

木下说：“质膜质子泵在所有植物细胞中发挥作用，不仅在气孔腺的开放中发挥着至关重要的作用，而且在根部营养物质的吸收、光合产物的运输和花粉管伸长方面也发挥着至关重要的作用。” 。

“这表明对 Thr881 的操纵可能有助于促进植物生长、增加二氧化碳吸收以及减少氮和磷等肥料的使用。”