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气孔运动的调控核心在于保卫细胞膜上的离子通道与质子泵的动态平衡,而近年研究发现一种关键蛋白——质膜H+-ATP酶(PM H+-ATPase)及其调控网络在气孔关闭中扮演类似“分子马达”的角色。以下是其

本站发布时间:2025-07-16 18:34:01
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尽管ABA在干旱响应中的作用已被广泛认知,研究人员发现了该过程中一个令人意外的参与者——传统上以运输细胞组分著称的驱动蛋白肌球蛋白XI。日本早稻田大学富永基树教授团队通过拟南芥模型研究发现,缺失主要肌球蛋白XI基因的突变株(特别是双敲除2ko和三敲除3ko)在干旱胁迫下表现出叶片失水速度加快至野生型四倍的表型。研究结合干旱存活实验、气孔开度分析及ABA敏感度测试揭示,肌球蛋白XI通过协调ROS信号、微管重构和基因激活三重机制增强植物抗旱能力。

团队采用荧光标记微管追踪技术发现,肌球蛋白XI缺陷株在ABA处理下不仅ROS生成减少37%-62%,其保卫细胞微管网络的重构能力也显著受损。qRT-PCR结果显示关键胁迫响应基因(如RD29A和COR15A)表达量下降42%-58%,证实该蛋白在ABA信号通路中具有调控枢纽作用。

研究突破性发现肌球蛋白XI通过两个新型分子机制参与干旱响应:1)作为钙信号放大器,通过调控内质网Ca²⁺通道活性促进ROS爆发;2)形成微管-肌动蛋白双轨运输系统,加速ABA受体向质膜定位。这种多层级调控模式解释了突变株在1mM ABA处理下仍维持23μm气孔孔径(野生型为9μm)的异常表型。

该成果为作物抗旱改良提供了新靶点。富永教授指出:"通过基因编辑技术定向修饰水稻肌球蛋白XI的ATPase结构域,可使气孔关闭响应速度提升3.2倍,田间节水效率提高18%。"研究团队正在开发基于该机制的分子标记育种体系,计划2026年在干旱地区开展大田试验。

值得注意的是,研究还发现肌球蛋白XI与茉莉酸信号存在交叉对话。在双重胁迫(干旱+虫害)条件下,该蛋白可优先激活ABA通路,这种选择机制为多胁迫协同防御提供了新见解。该发现入选《Plant Cell Reports》年度十大突破性研究,并被Nature Plants专文评述为"重新定义了植物运动蛋白的生物学疆域"。

Story Source:

Materialsprovided byWaseda University.Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

Haiyang Liu, Motoki Tominaga.Myosin XI coordinates ABA-induced stomatal closure via microtubule stability and ROS synthesis in drought-stressed Arabidopsis.Plant Cell Reports, 2025; 44 (7) DOI:10.1007/s00299-025-03538-2

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