Nature子刊：氨基酸的发现揭示了光如何使植物开放

日本名古屋大学的科学家们发现了一种调节植物气孔打开的独特机制。质膜质子泵上Thr881氨基酸的磷酸化在这一过程中起着关键作用。该研究为植物生理学的定向操纵铺平了道路，在农业和环境可持续性方面具有潜在的应用前景。

　　

名古屋大学的科学家们发现了一种新的调节机制，可以控制植物气孔的打开，这对于通过光合作用利用太阳能至关重要。研究小组发现，在这一过程中，质膜质子泵的第881个苏氨酸残基(Thr881)的磷酸化在响应红光和蓝光时所起的作用。这项研究开辟了以特定方式操纵植物生理的可能性，有利于农业和环境。研究人员在《自然通讯》杂志上发表了他们的研究结果。

首席研究员Toshinori Kinoshita说:“这种磷酸化事件，以前不为人知，激活质子泵，促进气孔打开，增强光合作用活性。”“这些发现揭示了植物对光反应背后复杂的信号通路，并为未来在植物工程中的应用带来了希望。”

气孔是植物叶片表面的微小气孔。它们通过调节光合作用所必需的二氧化碳的吸收，在气体交换中起着至关重要的作用。了解气孔在响应环境信号(如光)时打开的分子机制是植物生理学和栽培的基础。最近对气孔开放的研究进展促进了重要作物的生长和产量。

这个过程的关键部分是氨基酸的磷酸化，尤其是苏氨酸。磷酸化是用酶在氨基酸上添加或去除磷酸基。它的作用就像一个开/关开关，根据磷酸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一种氨基酸Thr881的作用。他们对来自拟南芥(拟南芥)细胞的原生质体进行了广泛的磷蛋白质组学分析。

在红光和蓝光条件下观察到Thr881的磷酸化。双激活机制既依赖光合作用，又依赖蓝光受体致光素，强调了植物光信号与生理反应之间的复杂相互作用。

对拟南芥突变体的进一步研究证实了Thr881磷酸化在气孔打开中的重要作用。当他们制造表达缺乏Thr881磷酸化的突变质子泵的植株时，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和Thr-948在蓝光的作用下被磷酸化。Thr-881和Thr-948的磷酸化对于激活H+ - atp酶至关重要，而H+ - atp酶使气孔打开。

“通过这项研究，我们已经能够确定一种负责激活质膜质子泵的关键氨基酸。”“通过修改氨基酸，我们可以潜在地控制气孔的开放。”

研究人员还在叶片和芽中观察到Thr881的磷酸化，表明它在调节气孔之外的植物生理中起着更广泛的作用。

“质膜质子泵在所有植物细胞中都起作用，不仅在气孔腺的打开中起着至关重要的作用，而且在根部吸收营养、光合产物的运输和花粉管的伸长中也起着至关重要的作用。”“这表明，操纵Thr881可能有助于促进植物生长，增加二氧化碳吸收，减少氮和磷等肥料的使用。”