草類有“呼吸氣孔”(稱為氣孔)，氣孔的打開和關閉一方面調(diào)節(jié)光合作用對二氧化碳的吸收，另一方面調(diào)節(jié)蒸騰作用對水分的流失。與許多其他植物不同，草的氣孔形成橫向的“輔助細胞”。由于這些細胞，草的氣孔可以更快地打開和關閉，這優(yōu)化了植物與大氣的氣體交換，從而節(jié)約了水。

在目前的研究中，伯爾尼大學植物科學研究所(IPS)的Michael Raissig教授、Heike Lindner博士和合著者Roxane Spiegelhalder研究了草中輔助細胞的發(fā)育Brachypodium distachyon。他們發(fā)現(xiàn)了兩種蛋白質(zhì)在細胞的相反方向上積累，就像“指南針”一樣，確保草類輔助細胞的正確發(fā)育。研究結果發(fā)表在雜志上eLife．

輔助細胞發(fā)育的細胞指南針

輔助細胞是由不平等、不對稱的細胞分裂形成的。在這個過程中，一個細胞分裂成一個小細胞、輔助細胞和一個較大的鄰近細胞。為了使這種分裂以正確的比例和方向發(fā)生，細胞需要路標。這些標記作為指向點，由所謂的極性蛋白質(zhì)給出，極性蛋白質(zhì)積聚在細胞的相反兩側，因此可以定義，例如，左和右或上和下。在這項研究中，伯爾尼的研究人員發(fā)現(xiàn)了兩種極性蛋白質(zhì)，它們積聚在相反的兩側。“在某種意義上，這兩種蛋白質(zhì)就像一個細胞指南針，控制著細胞分裂的方向和輔助細胞的發(fā)育。我們發(fā)現(xiàn)，當其中一種蛋白質(zhì)缺失時，輔助細胞就不能正常形成。這對草的高效和節(jié)水氣體交換產(chǎn)生了負面影響，”項目負責人Michael raisig解釋道。

植物呼吸氣孔與氣候變化

Michael raisisg說:“我一直很感興趣的是，在單個細胞類型中缺乏細胞指南針會影響整個植物的氣體交換動態(tài)和效率。”他說，考慮到氣候變化會導致更長的干旱期和過熱，這一點尤其重要。草類在人類糧食安全中發(fā)揮著核心作用;玉米、大米和小麥等谷物都是禾草，它們提供了人類消耗的一半以上的卡路里。“因此，了解植物是如何“呼吸”的，以及草是如何以及為什么形成更有效的“呼吸”毛孔是至關重要的，”raisisg補充道。

雖然這項研究主要集中在發(fā)育生物學上，但這些發(fā)現(xiàn)可能與改善農(nóng)作物有關。“氣孔是樹葉和環(huán)境之間的細胞守門人，是第一個對氣候變化做出反應的，”博士生、合著者羅克珊·斯皮格霍爾德說。因此，她說，有必要了解草是如何以及為什么成為最有效的“看門人”，以便以更節(jié)水的方式“呼吸”。然而，Spiegelhalder總結說，這些發(fā)現(xiàn)如何以及是否可以轉(zhuǎn)移到其他作物上，還需要進一步的研究。