研究人员在植物中发现了难以捉摸的控制水分流失的二氧化碳传感器

加州大学圣地亚哥分校的科学家们最近通过多种工具和研究方法，在植物中发现了一种长期寻找的二氧化碳传感器，这是控制水分蒸发、光合作用和植物生长的关键。这一发现揭示了两种蛋白质共同作用形成传感器，对树木、作物和野火都有影响。

　　

   

   

图片:加州大学圣地亚哥分校的生物学家与化学和生物化学系的同事合作，揭示了新发现的植物二氧化碳传感器的预测结构。左边部分(A)描述了MPK4 - HT1复合体(MPK以红色突出显示;HT1(蓝色)和右边(B)部分显示MPK12 - HT1复合体。突出显示的氨基酸残基(黄色、灰色、浅蓝色和绿色)显示了破坏传感器功能的突变。    

来源:加州大学圣地亚哥分校麦卡蒙实验室

50多年前，研究人员发现植物可以感知二氧化碳(CO₂)浓度。作为公司₂  水平变化，叶片中“呼吸”气孔的打开和关闭，从而控制水分蒸发、光合作用和植物生长。植物通过气孔蒸发失去90%以上的水分。CO对气孔开度的调控₂对于确定植物损失多少水分至关重要，而且由于全球变暖，二氧化碳对气候和水资源的影响日益增加，这一点至关重要。

但是，识别二氧化碳传感器并解释它在植物中是如何工作的仍然是一个长期的难题。

加州大学圣地亚哥分校的科学家们最近通过多种工具和研究方法，在识别长期寻找的CO方面取得了突破₂传感器在拟南芥植物和解开它的功能部分。加州大学圣地亚哥分校的项目科学家Yohei Takahashi，生物科学学院的杰出教授Julian Schroeder和他们的同事发现了CO₂并详细介绍了传感器的遗传、生化、生理和预测结构特性。

由于气孔控制植物失水，因此传感器对水管理至关重要，并对气候引起的干旱、野火和农作物管理具有意义。

“每吸收一个二氧化碳分子，典型的植物就会通过气孔蒸发掉大约200到500个水分子。”“传感器非常重要，因为它可以识别CO₂ 浓度上升决定了植物吸收二氧化碳时损失多少水分。”

这项新研究的一个关键惊喜是传感器的组成。研究人员发现，传感器不是追踪到单一来源或蛋白质，而是通过两种植物蛋白质一起工作来工作。这些被鉴定为1)“高叶温度1”蛋白激酶，称为HT1; 2)丝裂原激活蛋白激酶家族或“MAP”激酶酶的特定成员，称为MPK4和MPK12。

“我们的研究结果表明，植物能感知CO的变化₂通过两种蛋白质的可逆相互作用来调节气孔运动，这可以为我们提供一个新的工厂工程和化学目标，以实现高效的工厂用水和CO₂从大气中吸收。”

该团队的发现已经提交给加州大学圣地亚哥分校的一项专利，可能会导致植物高效利用水分的创新₂水平上升。

“这一发现与作物有关，但也与树木有关，如果长时间不下雨，树木的深根会使土壤干燥，从而导致野火。”“如果我们能利用这些新信息帮助树木更好地应对CO的增加₂在大气中，它们可能会更缓慢地使土壤变干。同样，作物的水分利用效率也可以提高——每滴水可以收获更多的作物。”

为了进一步探索他们的传感器发现，研究人员与研究生Christian Seitz和化学与生物化学系的Andrew McCammon教授合作。利用尖端技术，Seitz和McCammon创建了传感器复杂结构的详细模型。该模型涉及到已知基因突变限制植物调节蒸腾以应对二氧化碳的能力的地区。新的图像显示突变体聚集在两个传感器蛋白HT1和MPK聚集的区域。

文章标题

Stomatal CO2/bicarbonate Sensor Consists of Two Interacting Protein Kinases, Raf-like HT1 and non-kinase-activity requiring MPK12/MPK4