十字花科植物中气孔防御与气体交换之间的进化权衡

《Current Biology》：Evolutionary trade-off between stomatal defense and gas exchange in Brassicaceae

研究揭示病原菌CO冠素劫持拟南芥CYP707A1酶，降解ABA对抗气孔关闭，同时促进光诱导快速气孔开张，提升气体交换效率。不同Brassicaceae物种因CYP707A1启动子变异导致对CO冠素响应差异，形成防御与气体交换的进化权衡。

　　

亮点

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Coronatine 能够劫持拟南芥（A. thaliana）中的 CYP707A1 ABA 氢化酶，从而抑制气孔防御机制

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CYP707A1 在拟南芥中驱动气孔在光照下的快速开放

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C. rubella 和 E. salsugineum 的气孔对 coronatine 和光照的响应能力受损

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CYP707A1 的启动子变异导致了植物在防御与气体交换之间的进化权衡

总结

气孔开放对气体交换至关重要，但同时也为病原体的入侵提供了机会。作为响应，植物会关闭气孔以防止病原体进入。然而，细菌病原体 Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000（Pto）会产生 coronatine（COR），这是一种类茉莉酸（JA）物质，用于对抗植物的这种防御反应。研究表明，Pto 通过激活拟南芥（A. thaliana）中的 CYP707A1 来实现这一目的，而 CYP707A1 是一种能够降解脱落酸（ABA）的酶，脱落酸对气孔关闭至关重要。值得注意的是，在其他十字花科植物（如 Capsella rubella 和 Eutrema salsugineum）中，CYP707A1 并不会因 COR 而被激活，这使得它们对 Pto 的入侵具有抗性。相比之下，在拟南芥中，CYP707A1 能够在光照作用下快速打开气孔，从而增强气体交换和叶绿素含量，这与 C. rubella 和 E. salsugineum 的情况不同。启动子替换实验进一步证实了 CYP707A1 的调控区域是导致这些进化差异的关键因素。综上所述，我们的研究揭示了植物在气孔防御与气体交换之间的进化权衡机制。

图形摘要