Plant Physiology | 华中农业大学胡红红课题组揭示果胶甲酯酶抑制子调控气孔运动和形态的分子机制

以下文章来源于植物生理PlantPhysiol ，作者PP

植物表皮气孔由一对特异分化的保卫细胞包围组成，气孔的运动能力和形态直接影响植物与外界环境之间的气体交换，从而影响植物的光合效率、水分利用率和耐旱能力。已有研究报道保卫细胞细胞壁的果胶含量及甲酯化修饰状态的改变对于调控气孔的运动和形态至关重要，但是具体调控机制不清楚。

近日，华中农业大学胡红红教授课题组在国际知名期刊Plant Physiology在线发表了题为“PECTIN METHYLESTERASE INHIBITOR18 functions in stomatal dynamics and stomatal dimension”的研究论文，揭示了拟南芥果胶甲酯酶抑制子PMEI18通过直接抑制果胶甲酯酶PME31的活性，影响保卫细胞壁果胶的甲酯化修饰状态和分布，从而调控气孔对外界刺激的响应以及气孔形态形成的分子机制。

该研究发现，保卫细胞高量表达的果胶甲酯酶抑制子基因PMEI18突变后，植株的保卫细胞体积增大，气孔孔径增加，对CO2浓度变化和光暗转变诱导的气孔运动应答迟缓，，相反，超量表达植株保卫细胞和气孔复合体体积变小，应答外界环境刺激时运动能力增强。此外，pmei18突变体和过量表达植株中果胶甲酯酶活性和保卫细胞细胞壁的果胶甲酯化状态呈现完全相反的趋势，说明PMEI18是通过影响保卫细胞壁果胶的甲酯酶状态来调控气孔运动和形态的。该研究通过蛋白互作筛选、体外酶活实验和遗传互作等实验证实PMEI18是通过直接互作抑制果胶甲酯酶PME31对果胶的甲酯化活性，从而改变保卫细胞细胞壁果胶的甲酯化修饰和分布，改变了保卫细胞壁的物理特性，最终影响保卫细胞的大小和气孔的运动能力。

综上，该研究首次鉴定了果胶甲酯酶和果胶甲酯酶抑制子的特异性工作模块PMEI18-PME31，并揭示了保卫细胞中该模块在气孔运动和形态建成中的调控作用和分子机制。研究结果为进一步阐明保卫细胞壁中果胶的甲酯化状态和分布影响气孔运动和形态的分子机制提供重要的科学依据。

华中农业大学生命科学技术学院张显文、郭慧敏和肖传雷博士为论文的共同第一作者，胡红红教授为论文的通讯作者。课题组中颜志强、宁妮娜、陈钢和张菊梅等研究生对该研究做出了重要贡献。该研究获得了国家自然科学基金和湖北洪山实验室的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiad145

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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