微小的蛋白质帮助植物战胜干旱
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，影响着农作物产量和粮食安全。 为了在此类不利事件中幸存下来，植物进化出多种策略。 抵消水资源短缺的一种策略是“气孔封闭”，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。 这个过程受到植物激素脱落酸 （ABA） 的调节，它起着至关重要的作用在植物的内部应激反应机制中。 虽然 ABA 在干旱应对中的作用已得到充分证实，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者：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 教授领导的一组研究人员进行了一项研究，以确定肌球蛋白 XI 是否积极促进植物的干旱反应，并揭示所涉及的过程。 “尽管之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，”Tominaga 分享道。 这项研究的结果发表在第44卷植物细胞报告2025年6月19日。 该研究由同样来自早稻田大学的研究生 Haiyang Liu 共同撰写。 研究人员以拟南芥为模型，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） 或全部三个 （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植物与野生型植物进行了比较，包括干旱生存测定、水分损失测量、气孔孔径分析和 ABA 灵敏度。 他们还测量了活性氧 （ROS） 的产生，用荧光标记可视化微管，并通过 qRT-PCR 跟踪 ABA 反应基因的表达。 这种综合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，在干旱下失水率较高，气孔闭合受损，存活率较低。 它们对 ABA 的反应也较差，如激素处理下发芽率较高和根系生长抑制降低所见。 在细胞水平上，这些突变体也表现出减少的 ROS 产生作为破坏的微管重塑，这两者对于 ABA 诱导的气孔闭合都是必不可少的。 关键应激相关基因也表现出表达降低，表明肌球蛋白XI在ABA信号传导中起调控作用。 这些发现表明，肌球蛋白XI不仅仅是一种转运蛋白，它通过协调ROS信号传导、微管重塑和保卫细胞中的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关闭气孔，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是野生型的四倍，”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。” 这项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到的作用，提供了对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。 “这一发现有望推进植物如何应对胁迫的基础研究，并有助于开发提高干旱易发地区作物用水效率的技术，”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面对气候变化支持农业的技术，“他补充道。 综上所述，这项研究揭示了肌球蛋白 XI 是植物干旱反应中的关键参与者，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，此类见解为为不断变化的世界开发有弹性、节水的作物提供了充满希望的道路。