植生生態所揭示胞外鈣信號感受及植物抗旱新機制

　　植物學期刊Plant Cell近日在線發表了中科院上海生命科學研究院植物生理生態研究所植物分子遺傳國家重點實驗室離子組學研究組題為Arabidopsis histone methylase CAU1/PRMT5/SKB1 acts as an epigenetic suppressor of the calcium signaling gene CAS to mediate stomatal closure in response to extracellular calcium的最新論文。該研究發現組蛋白甲基化酶CAU1/PRMT5通過動態調控CAS的組蛋白甲基化程度，從而同步保衛細胞的胞外鈣濃度變化和胞內鈣振蕩，并進而調控氣孔運動和蒸騰速率。

　　鈣作為植物的大量營養元素和信號分子，在蒸騰作用的推動下，通過長途轉運從根部進入地上部位。蒸騰速率隨環境狀態發生變化，由此運往地上部位的鈣也相應變化。這種鈣濃度的變化通過誘導胞內鈣振蕩，最終動態調節保衛細胞的運動及蒸騰速率，使得植物體內的水分平衡得以保持。該生理現象對于植物的環境適應具有重要的作用，但是其相關的分子調控機理仍有待闡釋。

　　論文第一作者付艷蕾博士在龔繼明研究員指導下，通過高通量的離子組學篩選方法，從擬南芥快中子誘變突變體庫中篩選得到一個地上部分鈣累積量下降的突變體cau1，該突變體同時表現出氣孔閉合度增加及抗旱的表型。基因芯片分析表明，cau1突變體中CAS基因的表達量顯著增加，而CAS作為胞外鈣信號途徑中一個重要的調節因子，對于同步胞外鈣濃度變化和胞內鈣振蕩起著不可或缺的作用。進一步的研究表明，CAU1編碼一個H4R3sme2類型的組蛋白甲基化酶，其通過與CAS的啟動子區結合，調節CAS啟動子區的組蛋白甲基化程度及CAS的表達量。當胞外鈣濃度增加時，CAU1蛋白水平下降，結合到CAS啟動子的CAU1分子數減少，使得CAS組蛋白的甲基化程度降低并解除對CAS基因表達的抑制，提高其表達量并導致氣孔關閉。氣孔關閉使得蒸騰速率，鈣向地上部位的轉移以及保衛細胞外的鈣濃度得到降低。這種反饋循環調控使得植物能夠根據環境變化，動態調控氣孔運動并保持體內的水分平衡，對于培育節水抗旱植物具有潛在應用價值。

　　該研究得到了國家自然科學基金委、中國科學院及上海生科院的經費支持。

植生生態所揭示胞外鈣信號感受及植物抗旱新機制