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"。
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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