生长素对气孔发育的调控机制研究

气孔是调节植物体内外气体交换的重要表皮结构，近三十年的研究发现气孔的发育受到严格的体内遗传和体外环境因子的调控。在GNOM（ARF－GEF）突变体表皮中所发现的气孔簇和气孔世系细胞生长素异常积累，暗示着生长素可能参与了气孔发育的调控。由于气孔的形成涉及到细胞命运、分化、细胞周期等多种生命进程，而生长素又是极具流动特性的一类激素，目前对于生长素是否参与气孔的发育还没有明确的结论。本项目利用荧光蛋白标记和活体显微摄像，跟踪气孔世系细胞中生长素水平的动态变化，摸清载体蛋白对生长素浓度梯度和阶段性变化的影响。进而探讨生长素信号转导途径与气孔发育调控基因的交叉关系，生长素对气孔发育中细胞分裂种类、频率和位置的调控途径，及可能存在的生长素反馈调控方式。进而勾画出生长素对气孔发育进行精细调控的动态模式图，为通过表皮功能调控来提高作物对水分利用和碳同化的效率、增加抗逆能力提供新的理论依据和手段。

气孔是调节植物体内外气体交换的重要表皮结构，近三十年的研究发现气孔的发育受到严格的体内遗传和体外环境因子的调控。气孔的形成涉及到细胞命运、分化、细胞周期等多种生命进程，而生长素又是极具流动特性的一类激素，但是在此以前，对于生长素是否参与气孔的发育还没有明确的结论。本项目围绕着生长素是否调控气孔发育这一基本问题展开。首先，我们利用荧光蛋白标记结合显微定时照相技术，对气孔发育整个过程中生长素信号输入和输出进行了跟踪，建立了气孔发育过程中生长素的动态变化模式。即在气孔发育前期生长素响应保持在较高的水平，在气孔发育后期降低。同时我们也生长素运输载体PINFORMED（PIN）蛋白的表达水平与生长素水平向对应也出现动态变化，用抑制剂处理或突变体，我们发现PIN所调控的生长素运输参与气孔分布格局和发育进程。在气孔发育后期人为的增加了生长素的浓度，导致保卫细胞发生冗余细胞分裂异常。本项目的研究结果确定了生长素运输和信号途径参与调控气孔发育，并建立的动态变化模式，有助于人们更深入地了解生长素对气孔发育调控途径。