中国科学院在Ca2+信号调控气孔运动的分子机制解析方面取得突破

中国科学院分子植物科学卓越创新中心植物分子遗传国家重点实验室王永飞研究组研究发现，以CNGC2、CNGC5、CNGC6、CNGC9 和CNGC12为主的多个CNGC家族成员在拟南芥气孔保卫细胞中表达，并由此推测多个CNGC成员以功能冗余的方式动态形成气孔保卫细胞质膜Ca通道，负责Ca信号的产生和调控。研究团队据此构建了显性抑制（dominant negative）拟南芥转基因株系CNGC6-DN1、CNGC6-DN2和CNGC6-DEL，并在这些株系中观察到了ABA不能有效驱动气孔关闭和抑制光诱导的气孔开放的表型，其离体叶片的失水萎蔫速度明显快于野生型。为了明确主效CNGC基因，研究团队进一步构建了功能敲除的双突变体cngc5/6、三突变体cngc5/6/9和四突变体cngc5/6/9/12，并在四突变体基础上构建了多个功能回复株系。研究发现，只有四突变体cngc5/6/9/12具有类似于显性抑制转基因植株的表型，即其离体叶片失水萎蔫更快，气孔无法在ABA诱导下有效关闭等；同时这4个CNGC基因的任何一个在四突变体背景下的回复表达都可以有效回复叶片失水和气孔运动表型。研究团队进一步利用电生理技术和活体细胞的Ca信号实时检测等技术分析证实，CNGC5、6、9和12共同组成一类ABA激活的质膜Ca通道，这4个CNGC的功能缺失导致气孔保卫细胞质Ca信号的紊乱，从而抑制ABA对气孔的调控作用。相关研究内容于2022年9月8日在线发表在《The Plant Cell》上。