名古屋大學(xué)的一組科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了可以控制植物氣孔運(yùn)動(dòng)的新化合物。已經(jīng)證明，當(dāng)噴灑在玫瑰和燕麥葉上時(shí)，一些化合物可防止葉子干燥，抑制枯萎。進(jìn)一步的調(diào)查可能會(huì)導(dǎo)致新化合物的開發(fā)，以延長(zhǎng)切花和花束的新鮮度，降低植物的運(yùn)輸成本，并賦予作物抗旱性。該研究發(fā)表在植物和細(xì)胞生理學(xué)，并探索了一種新的化學(xué)方法，不依賴于經(jīng)典的遺傳方法來調(diào)節(jié)植物的氣孔開放。

氣孔是植物表面存在的小孔，包括葉子，花瓣和其他器官，并且負(fù)責(zé)與大氣的氣體交換。這些孔促進(jìn)氣體交換以提供光合作用所需的二氧化碳并通過蒸騰釋放水，這增強(qiáng)了從根部吸收養(yǎng)分。因此，氣孔開放的調(diào)節(jié)對(duì)于植物生長(zhǎng)以及響應(yīng)環(huán)境條件的存活是必不可少的。

氣孔由一對(duì)保護(hù)細(xì)胞組成，并響應(yīng)陽光中存在的藍(lán)色波長(zhǎng)而打開，解釋了為什么光合作用在白天發(fā)生。當(dāng)植物處于黑暗條件和/或干旱脅迫下時(shí)，植物激素，脫落酸(ABA)被生物合成并誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉。氣孔在夜間關(guān)閉，以防止水從工廠流失。

當(dāng)氣孔中的保衛(wèi)細(xì)胞檢測(cè)到藍(lán)光時(shí)，光感受器光敏素被激活并誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)。稱為質(zhì)膜質(zhì)子泵(PM H + -ATPase)的酶被激活，導(dǎo)致鉀離子的攝取。這會(huì)引起水分吸收和細(xì)胞腫脹，從而打開氣孔。雖然已知PM H + -ATPase的激活對(duì)于氣孔開放具有重要意義，但氣孔開放的完整機(jī)制尚未闡明。

“由于我們有興趣揭示氣孔開放的機(jī)制，我們決定使用化學(xué)庫(kù)探索影響氣孔開放的分子，”ITbM的植物生物學(xué)家，該研究的負(fù)責(zé)人Toshinori Kinoshita教授說。“我們?cè)?014年開始這項(xiàng)研究，并且熱衷于使用基于化學(xué)的方法而不是經(jīng)典遺傳技術(shù)來克服諸如致死性和基因冗余等缺點(diǎn)。我們還認(rèn)為使用化合物來調(diào)節(jié)氣孔運(yùn)動(dòng)對(duì)于開發(fā)農(nóng)用化學(xué)品。“

ITbM于2013年正式啟動(dòng)，擁有由Ayato Sato博士管理的化學(xué)庫(kù)，由商業(yè)化合物和ITbM化學(xué)家合成的化合物組成。Kinoshita認(rèn)為這是開始新方法的好機(jī)會(huì)。

使用藥草Benghal dayflower作為模型植物，Shigeo Toh博士，Shinpei Inoue先生和Yosuke Toda博士建立了篩選20,000種化合物的實(shí)驗(yàn)條件。經(jīng)過一年的隨機(jī)篩選，他們?cè)O(shè)法找到了受體化合物。這包括9種能夠抑制光誘導(dǎo)氣孔開度超過50%的化合物，以及兩種即使在黑暗中也能誘導(dǎo)氣孔開放的化合物。

“這項(xiàng)研究的關(guān)鍵是從大量化合物中盡可能有效地篩選和發(fā)現(xiàn)命中化合物，”Kinoshita說。

對(duì)氣孔關(guān)閉化合物(SCLs)，SCL1和SCL2的進(jìn)一步分析表明，它們抑制了光敏素受體和PM H + -ATP酶之間的信號(hào)傳導(dǎo)成分，從而抑制光誘導(dǎo)的PM H + -ATP酶活化并導(dǎo)致氣孔的抑制。開幕。

研究人員還將SCL1噴灑在玫瑰和燕麥葉上，發(fā)現(xiàn)葉片的枯萎在一段時(shí)間內(nèi)被成功抑制。

“這是我們研究中最好的時(shí)刻，發(fā)現(xiàn)我們發(fā)現(xiàn)的分子對(duì)抑制葉子枯萎有影響，”木下說。“這些化合物通過與植物激素不同的機(jī)制誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉的事實(shí)，ABA很重要。”

除了響應(yīng)干旱脅迫的氣孔關(guān)閉效應(yīng)外，ABA還被認(rèn)為是種子萌發(fā)和植物生長(zhǎng)的抑制劑。盡管目前正在開發(fā)ABA及其衍生物作為誘導(dǎo)植物耐旱性的試劑，但它們的副作用一直是個(gè)問題。SCL1目前顯示僅對(duì)氣孔關(guān)閉有影響，因此該團(tuán)隊(duì)設(shè)想這是開發(fā)耐旱新試劑的良好起點(diǎn)。他們認(rèn)為這些類型的化合物可用于保持切花新鮮，并且還可以簡(jiǎn)單地通過將化合物噴灑在植物上來降低運(yùn)輸成本。

“我們希望能夠找到合作伙伴，進(jìn)一步闡明氣孔開放機(jī)制，共同開發(fā)可用于對(duì)各種植物(包括主要作物和花卉)進(jìn)行耐旱的化合物，”Kinoshita說。“我們還相信，通過使葉子持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間，這可能會(huì)導(dǎo)致增加葉子的變化，這種葉子可用于日本傳統(tǒng)的花卉布置，Ikebana，目前傾向于避免使用容易枯萎的簡(jiǎn)單葉子。”