近日,中国农业科学院都市农业研究所设施园艺光生物学与光环境调控团队揭示了蓝光与干旱胁迫调控黄瓜气孔运动的分子机制,为理解光信号与水分胁迫如何协同控制气孔开关提供了新见解。相关成果发表在《国际分子科学杂志(International Journal of Molecular Sciences)上,都市所博士研究生刘新颖和成都农业科技中心孙启颖为论文共同第一作者,都市所李清明研究员为论文通讯作者。
气孔是植物叶片上调节水分蒸腾与气体交换的“门户”。蓝光通常促进气孔开放以利于光合作用,而干旱胁迫则促使气孔关闭以减少水分流失。两种信号如何整合、如何“博弈”,此前尚不明确。解析这一机制,对于在设施农业中通过光环境管理提升作物抗旱性具有重要意义。
研究团队通过对比不同光照与水分条件下的黄瓜幼苗发现:水分充足时,蓝光显著提高气孔导度、蒸腾速率与气孔开度;而遭遇干旱时,蓝光处理组上述指标的下降幅度大于红光与白光处理组。转录组分析进一步揭示,蓝与干旱响应基因共同富集于植物激素信号转导、水分运输等通路,表明两类信号在这些通路中发生交互调控。其中,一个编码水通道蛋白的基因被鉴定为蓝光与干旱信号交互的核心节点,其在保卫细胞与维管束中均有表达,蛋白定位于细胞质膜,直接参与水分跨膜运输,推测该基因为蓝光与干旱交叉调控黄瓜气孔运动的关键基因。该研究为通过光环境调控作物气孔运动、提升抗旱性奠定了理论基础。
研究得到国家自然科学基金、四川省自然科学基金及中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。

图 CsPIP2;3对红光和蓝光的响应、CsPIP2;3蛋白亚细胞定位及互作蛋白结合位点预测分析。(A, B)非干旱、干旱条件下CsPIP2;3对红光和蓝光的响应模式;(C)CsPIP2;3的亚细胞定位;(D)CsPIP2;3与CsPIP1;2相互作用所涉及的特异性氨基酸残基


