囊泡運輸介導(dǎo)的響應(yīng)外界刺激的氣孔運動.pdf

1、氣孔是植物與外界環(huán)境進行氣體交換的“窗戶”，維系著植物三個最重要的生理活動過程--光合作用、呼吸作用和蒸騰作用。而植物正是通過控制氣孔運動來維持體內(nèi)水分平衡和光合作用同化的CO2量等，從而適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境。氣孔運動需要許多膜蛋白的參與，將多種離子泵出或泵進細胞，改變細胞膨壓，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉或打開，如Ca2+通道、K+通道、陰離子通道和H+-ATPase等。氣孔運動看似簡單，卻蘊含著復(fù)雜的調(diào)控機理，近年來，不同實驗室對“ABA促進氣孔關(guān)閉

2、和光誘導(dǎo)氣孔開放”調(diào)控氣孔運動做了大量研究，對氣孔運動的調(diào)控過程有了較為深入的理解。
　　生物膜系統(tǒng)之間大量的物質(zhì)和信息交流構(gòu)成了細胞生命活動的基礎(chǔ)，而物質(zhì)交流過程則是由囊泡運輸介導(dǎo)完成的，三位科學(xué)家由于“細胞內(nèi)主要運輸體系--囊泡運輸調(diào)節(jié)機制的發(fā)現(xiàn)”而分享了2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。研究發(fā)現(xiàn)：RAB蛋白家族和ARF蛋白家族這兩類小G蛋白參與調(diào)控了囊泡運輸，DN形式的小G蛋白被鎖定在持續(xù)非活化狀態(tài)，不能與下游的效應(yīng)蛋白結(jié)合發(fā)

3、揮功能，從而阻斷特定的囊泡運輸途徑。此外，一些化學(xué)藥劑也能夠阻斷囊泡運輸途徑，如BFA和Wortminnin等。
　　而囊泡運輸在氣孔運動中發(fā)揮著怎樣的功能，鮮有報道，從囊泡運輸?shù)慕嵌葋斫沂練饪走\動中膜上離子通道的動態(tài)變化過程，能夠為研究氣孔運動的調(diào)控機制開辟一個嶄新的視角。本研究使用遺傳干擾的手段和藥劑細胞學(xué)的方法，分別在保衛(wèi)細胞中阻斷ARF1介導(dǎo)的從高爾基外排的囊泡運輸途徑和RAB5介導(dǎo)的液泡降解途徑，并利用化學(xué)藥劑也分別阻斷

4、上述兩條途徑，來研究囊泡運輸在氣孔運動中的功能；并檢測氣孔運動中的一個關(guān)鍵膜蛋白AHA1，是否受這兩條囊泡運輸途徑的調(diào)控。研究結(jié)果和結(jié)論如下：
　?。?）ARF1介導(dǎo)的從高爾基外排的囊泡運輸途徑在氣孔運動中發(fā)揮重要功能。使用保衛(wèi)細胞特異性啟動子，在保衛(wèi)細胞中過表達ARF1-DN，阻斷ARF1介導(dǎo)的囊泡運輸途徑，導(dǎo)致植物矮小，不能正常生長；氣孔異常，幾乎一直處于關(guān)閉狀態(tài)，不能響應(yīng)光刺激，說明ARF1介導(dǎo)的囊泡運輸途徑參與調(diào)控了氣孔運

5、動，并發(fā)揮重要功能。
　　（2）RAB5介導(dǎo)的液泡降解途徑不直接參與氣孔運動。使用保衛(wèi)細胞特異性啟動子，在保衛(wèi)細胞中過表達RAB5-DN，阻斷RAB5介導(dǎo)的液泡降解途徑，與野生型相比，植物生長未受到影響，失水率也沒有差異；氣孔開度偏小，但能夠正常地響應(yīng)ABA和光刺激，說明RAB5介導(dǎo)的液泡降解途徑不直接參與氣孔響應(yīng)環(huán)境的運動過程。
　?。?）在氣孔響應(yīng)光刺激的過程中，AHA1在ARF1-DN的背景下，熒光密度明顯小于野生型，

6、大約是野生型的一半；而AHA1在RAB5-DN的背景下，熒光密度與野生型持平。說明ARF1介導(dǎo)的從高爾基外排的囊泡運輸途徑，參與了AHA1的運輸，而RAB5介導(dǎo)的液泡降解途徑，并沒有參與AHA1的運輸。
　?。?）用藥劑細胞學(xué)方法分析了AHA1的囊泡運輸途徑。AHA1對囊泡運輸抑制劑BFA和WM是敏感的，而且從質(zhì)膜上內(nèi)吞下來的AHA1經(jīng)TGN/EE到液泡去降解；在氣孔響應(yīng)光刺激的過程中，BFA敏感的囊泡運輸途徑參與了AHA1的運輸