拟南芥 CO2/HCO3-应答缺陷突变体基因的克隆及功能分析

The increase in atmospheric CO2 causes a rise of problems such as development and biomass in plant. Higher-than-ambient [CO2] mediates closure of stomatal pores in plants and, conversely, low [CO2] triggers the opening of stomatal pores. Despite the prime importance of stomatal responses, little has been known about the underlying genetic mechanisms. In recent study, we useing aequorin-based system monitor [Ca2+]cyt changes already had identified a number of Arabidopsis mutants in CO2/HCO3- stimuli. One of these mutants named mci1 cannot be induced stomata closure within HCO3- treatment. In this study, we cloned MCI1 and analyzed its function. It’s explores that MCI1 plays an important role in CO2/HCO3- signal pathway. Our findings provide insights into CO2/HCO3- -mediated stomatal movement events, reveal guard cell CO2/HCO3- signaling mechanisms, and discover a new key component in CO2/HCO3- signal pathway. Our research will not only in favour of revealing the guard cell CO2/HCO3- response mechanisms and provide new evidence and avenues for further research on this pathway, but also developing crop cultivars that perform better in a shifting climate.

大气中CO2的含量逐年增长大大影响了植物的生长发育及生物量。周围环境中二氧化碳浓度较高会导致气孔关闭，相反的，较低的二氧化碳浓度则会诱导气孔开放。尽管气孔对CO2的初期响应十分重要，但对其分子机制的了解还知之甚少。本项目在前期工作中，采用新的材料及监测手段，筛选得到mci1突变体气孔对CO2/HCO3-响应不敏感。本项目通过对MCI1基因的图位克隆及功能分析，探索MCI1基因在CO2/HCO3-信号通路中的角色及作用。这对我们分析CO2/HCO3-调控气孔运动，明确植物应答CO2/HCO3-信号的分子机制，从而寻找出CO2/HCO3-信号通路上新的关键基因和调控因子具有十分重要的意义。不但有利于我们解析气孔响应CO2/HCO3-的信号通路，为今后的研究提供新的证据和思路，另外也对农作物生产适应气候变化有重的现实意义。

大气中CO2的增加影响了植物的生长发育，例如叶片面积和数量、分枝、植物的大小和生物量，以及生长速率。尽管气孔对植物响应CO2非常重要，但人们对CO2调节气孔发育和气孔运动的分子机制知之甚少。在本项目中，我们通过验证MCI1基因在感知CO2/HCO3-信号刺激中的作用，明确MCI1参与了CO2/HCO3-调控的气孔运动，证实了MCI1对气孔响应CO2/HCO3-的重要性。另外，通过对保卫细胞生理指标的监测，发现MCI1可能通过影响保卫细胞中活性氧的含量参与调控CO2/HCO3-介导的气孔运动。同时在我们的研究工作中还发现了一些能与MCI1发生相互作用的候选基因，这对进一步理解和完善CO2/HCO3-信号通路具有重要意义。本研究深入分析了MCI1在CO2/HCO3-信号通路中的重要作用，以及其参与CO2/HCO3-调控气孔运动的分子机制，这不仅为植物CO2/HCO3-感知信号网络的研究提供重要理论基础，也补充了人们对气孔应答CO2/HCO3-机制的认知。