氣孔是植物與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和信息交換的窗口。氣孔通過感應(yīng)和解碼多種外界環(huán)境信號(hào)如干旱、CO₂和臭氧等，介導(dǎo)植物對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)過程。此外，氣孔還是病原微生物的入侵通道，參與植物抗病的免疫響應(yīng)。氣孔控制植物CO₂攝取和水分蒸騰散失，其開閉受到高度嚴(yán)格的調(diào)控。因此，植物氣孔感應(yīng)重要外界信號(hào)分子的機(jī)理解析對(duì)作物抗旱、糧食穩(wěn)產(chǎn)和解決水資源短缺具有重要意義。

　　氣孔由特化的護(hù)衛(wèi)細(xì)胞形成，通過解碼各種不同的外界環(huán)境信號(hào)，整合為護(hù)衛(wèi)細(xì)胞的膨壓變化來調(diào)控氣孔開閉。護(hù)衛(wèi)細(xì)胞膨壓變化主要通過胞內(nèi)離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)現(xiàn)，受到多個(gè)不同信號(hào)通路調(diào)控。兩種關(guān)鍵離子通道SLAC1和QUAC1位于多個(gè)調(diào)控通路的交匯點(diǎn)，分別介導(dǎo)護(hù)衛(wèi)細(xì)胞慢型（S）和快型（R）陰離子電流。護(hù)衛(wèi)細(xì)胞陰離子外流是啟動(dòng)氣孔關(guān)閉的關(guān)鍵步驟，其如何感知、解碼和響應(yīng)不同外界環(huán)境信號(hào)的分子機(jī)理和動(dòng)態(tài)過程尚不清楚。

　　中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員陳宇航研究組通過冷凍電鏡技術(shù)解析了高等植物SLAC1的三維結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步應(yīng)用電生理學(xué)技術(shù)系統(tǒng)地鑒定了SLAC1通道的關(guān)鍵磷酸化位點(diǎn)，為闡明SLAC1激活的分子機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果以Structure and activity of SLAC1 channels for stomatal signaling in leaves為題，發(fā)表在PNAS上。論文第一作者為陳宇航研究組學(xué)生鄧亞楠。論文通訊作者為遺傳發(fā)育所陳宇航、哥倫比亞大學(xué)教授Wayne Hendrickson和Oliver Clarke。研究工作獲得遺傳發(fā)育所研究員謝旗、汪迎春和博士黃夏禾，生物物理所博士王權(quán)等的幫助，并得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。

控制氣孔關(guān)閉關(guān)鍵離子通道SLAC1冷凍電鏡結(jié)構(gòu)和電生理學(xué)研究

　　A. 氣孔開關(guān)調(diào)控的分子網(wǎng)絡(luò)；B. SLAC1單顆粒冷凍電鏡研究；C. SLAC1三維結(jié)構(gòu)；D. SLAC1關(guān)鍵磷酸化位點(diǎn)的電生理學(xué)分析

來源： 遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所