秘密的马达蛋白，可关闭叶毛孔并拯救农作物
随着全球变暖和气候变化的加剧，干旱已成为全球农业的主要威胁，影响农作物产量和粮食安全。 为了在此类不良事件中生存，植物已经进化出多种策略。 对抗缺水的一种策略是“气孔关闭”，其中气孔——叶子表面负责气体交换的微小孔隙——接近限制水分流失。 这个过程受植物激素脱落酸 （ABA） 的调节，它起着至关重要的作用在植物的内部压力反应机制中。 虽然 ABA 在干旱反应中的作用已经得到证实，但研究人员现在已经确定了这一过程的一个令人惊讶的贡献因素：肌球蛋白 XI，一种传统上以运输细胞成分而闻名的运动蛋白。 为了探索这一点，由日本早稻田大学的 Motoki Tominaga 教授领导的研究小组进行了一项研究，以确定肌球蛋白 XI 是否积极促进植物的干旱反应并揭示涉及的流程。 “尽管以前的研究表明肌球蛋白 XI 可能参与干旱胁迫反应，但其潜在机制仍不清楚，”富永分享道。 这项研究的结果发表在 2025 年 6 月 19 日的第 44 卷《植物细胞报告》上。 该研究由同样来自早稻田大学的研究生 Haiyang Liu 合著。 研究人员使用拟南芥作为模型来研究肌球蛋白 XI 在干旱反应中的作用。 他们使用缺乏一个、两个 （2ko） 或所有三个 （3ko） 主要肌球蛋白 XI 基因的转基因植物。 然后通过多项测试将这些与野生型植物进行比较，包括干旱存活测定、水分流失测量、气孔孔径分析和 ABA 敏感性。 他们还测量了活性氧 （ROS） 的产生，用荧光标记物可视化微管，并通过 qRT-PCR 追踪 ABA 反应基因的表达。 这种全面的方法使他们能够评估肌球蛋白 XI 对植物耐旱性和 ABA 信号传导的功能贡献。 结果令人震惊。 缺乏肌球蛋白 XI 的植物，尤其是 2ko 和 3ko 突变体，在干旱下表现出较高的水分流失率、气孔关闭受损和较低的存活率。 它们对 ABA 的反应也较差，这在激素处理下较高的发芽率和对根生长的抑制减少中可以看出。 在细胞水平上，这些突变体也表现出 ROS 产生减少作为微管重塑的破坏，这两者都对 ABA 诱导的气孔关闭至关重要。 关键应激相关基因的表达也显示降低，表明肌球蛋白 XI 在 ABA 信号传导中起调节作用。 这些发现表明，肌球蛋白 XI 不仅是一种转运蛋白，而且它通过协调保卫细胞中的 ROS 信号传导、微管重塑和基因激活来积极支持植物干旱防御。 这使植物能够更有效地闭合气孔，并且节约用水。 “研究发现，在植物肌球蛋白 XI 的多个突变体中，干旱期间的水分流失速度比野生型快四倍，”富永指出。 “这一发现为植物如何适应环境变化提供了新的视角。” 本研究提出了几个重要的突破，并为新的研究方向铺平了道路。 它揭示了肌球蛋白 XI 在植物非生物胁迫反应中以前未被认识的作用，为如何细胞内运输系统有助于环境适应。 此外，它还确定了增强作物抗旱性的有前途的分子靶点。 “这项发现有望推进关于植物如何应对压力的基础研究，并有助于开发提高在干旱易发地区种植的作物水分利用效率的技术，”富永分享道。 “我们的目标是进一步推进我们的研究，以便将这些知识应用于农业在面对气候变化时支持农业的技术，“他补充道。 总之，这项研究揭示了肌球蛋白 XI 是植物干旱反应的关键参与者，将细胞运输机制与激素信号传导联系起来。 随着气候压力的增加，像这样的见解为开发有弹性、节水的作物为不断变化的世界提供了有希望的途径。