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奕梵
气孔是植物表皮上高度特化的细胞，由两个保卫细胞合围而成。保卫细胞通过体积变化来调节气孔运动，这对于植物光合作用和蒸腾作用中的气体和水分交换至关重要。保卫细胞中的淀粉代谢对气孔的运动起着关键的调控作用，其降解异常会导致气孔不能正常开放，但其调控机理尚不明确。
为研究植物淀粉代谢的调控机理，山东大学白明义课题组优化改良淀粉测定技术，建立了保卫细胞淀粉代谢的研究体系。利用该体系，该团队发现植物甾醇类激素油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)和H2O2相互依赖诱导保卫细胞淀粉降解促进气孔开放(点击查看：PlantCell
山东大学白明义课题组揭示油菜素内脂调控气孔运动新机制)。在此基础上，该课题组年12月17日在国际著名期刊ThePlantCell发表了题为“TORpromotesguardcellstarchdegradationbyregulatingtheactivityofβ-AMYLASE1inArabidopsis”的研究论文，揭示了糖诱导保卫细胞淀粉降解促进气孔开放的机制。
糖不仅能作为呼吸作用底物为植物提体内能量和碳骨架，还作为非常重要的信号分子调控植物的生长发育过程。植物保卫细胞中的淀粉在黎明见光后会迅速降解形成葡萄糖，但葡萄糖在气孔运动有何作用还不清楚。白明义教授课题组的研究工作显示，植物生长在光照不足没有外援碳源的条件下，保卫细胞中淀粉含量低并且见光不能降解，气孔不能开放。此时在培养基中添加蔗糖，就能恢复保卫细胞中的淀粉含量，并见光后正常降解，气孔正常开放，说明糖对保卫细胞的淀粉降解和气孔开放有显著促进作用。
TOR激酶调控保卫细胞淀粉降解和气孔开放
雷帕霉素靶蛋白TOR（TargetOfRapamycin）是真核生物体中一种高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，感受生物体内碳营养能量信号来调控发育。白明义课题组研究发现，TOR激酶的功能缺失造成了保卫细胞中淀粉代谢异常，气孔不能开放，气孔导度降低的现象，并抑制了外施蔗糖对气孔开放的促进作用，说明糖调控TOR激酶对保卫细胞的淀粉降解和气孔开放是重要的。进一步的研究表明，糖和TOR特异的通过稳定油菜素内酯信号转导转录因子BZR1来促进保卫细胞淀粉降解关键基因BAM1的表达；同时，糖和TOR诱导BAM1磷酸化，增加其蛋白稳定性，从而促进保卫细胞淀粉降解诱导气孔开放。
ThePlantCell杂志同期撰文对该研究成果进行了重点介绍，评价该工作系统解析了TOR调控保卫细胞淀粉降解和气孔运动的分子机理。瑞士苏黎世大学的Santelia实验室近期发现保卫细胞淀粉降解产生的是葡萄糖，而不是传统认为的苹果酸(Flutschetal.,)。这与白明义团队发现的葡萄糖激活TOR去促进保卫细胞淀粉降解诱导气孔开放的结果相互支持。这些研究揭示了糖和TOR在保卫细胞淀粉降解和气孔运动中的重要功能，为传统的“淀粉-糖调控气孔运动”假说增加了新的视角，并为该领域的研究提出新的研究方向。
BR和糖协同诱导保卫细胞淀粉降解促进气孔开放的分子模型
山东大学的韩超副教授为该论文第一作者，白明义教授为该论文的通讯作者，中国科学院植物研究所杨文强研究员以和比利时根特大学-弗兰德斯生物技术研究中心的GeertDeJaeger教授参与了该工作，该研究得到国家自然科学基金，山东省自然科学基金、山东省良种工程和山东大学青年学者未来计划和青年交叉创新群体项目的资助。
参考文献：
Flutsch,S.,Wang,Y.Z.,Takemiya,A.,Vialet-Chabrand,S.R.M.,Klejchova,M.,Nigro,A.,Hills,A.,Lawson,T.,Blatt,M.R.,andSantelia,D.().GuardcellstarchdegradationyieldsglucoseforrapidstomatalopeninginArabidopsis.PlantCell32,-.
Li,J.G.,Fan,M.,Hua,W.B.,Tian,Y.H.,Chen,L.G.,Sun,Y.,andBai,M.Y.().Brassinosteroidandhydrogenperoxideinterdependentlyinducestomatalopeningbypromotingguardcellstarchdegradation.PlantCell32,-.
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