草類有“呼吸氣孔”(稱為氣孔)，氣孔的打開和關(guān)閉一方面調(diào)節(jié)光合作用對(duì)二氧化碳的吸收，另一方面調(diào)節(jié)蒸騰作用對(duì)水分的流失。與許多其他植物不同，草的氣孔形成橫向的“輔助細(xì)胞”。由于這些細(xì)胞，草的氣孔可以更快地打開和關(guān)閉，這優(yōu)化了植物與大氣的氣體交換，從而節(jié)約了水。

在目前的研究中，伯爾尼大學(xué)植物科學(xué)研究所(IPS)的Michael Raissig教授、Heike Lindner博士和合著者Roxane Spiegelhalder研究了草中輔助細(xì)胞的發(fā)育Brachypodium distachyon。他們發(fā)現(xiàn)了兩種蛋白質(zhì)在細(xì)胞的相反方向上積累，就像“指南針”一樣，確保草類輔助細(xì)胞的正確發(fā)育。研究結(jié)果發(fā)表在雜志上eLife．

輔助細(xì)胞發(fā)育的細(xì)胞指南針

輔助細(xì)胞是由不平等、不對(duì)稱的細(xì)胞分裂形成的。在這個(gè)過程中，一個(gè)細(xì)胞分裂成一個(gè)小細(xì)胞、輔助細(xì)胞和一個(gè)較大的鄰近細(xì)胞。為了使這種分裂以正確的比例和方向發(fā)生，細(xì)胞需要路標(biāo)。這些標(biāo)記作為指向點(diǎn)，由所謂的極性蛋白質(zhì)給出，極性蛋白質(zhì)積聚在細(xì)胞的相反兩側(cè)，因此可以定義，例如，左和右或上和下。在這項(xiàng)研究中，伯爾尼的研究人員發(fā)現(xiàn)了兩種極性蛋白質(zhì)，它們積聚在相反的兩側(cè)?！霸谀撤N意義上，這兩種蛋白質(zhì)就像一個(gè)細(xì)胞指南針，控制著細(xì)胞分裂的方向和輔助細(xì)胞的發(fā)育。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其中一種蛋白質(zhì)缺失時(shí)，輔助細(xì)胞就不能正常形成。這對(duì)草的高效和節(jié)水氣體交換產(chǎn)生了負(fù)面影響，”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Michael raisig解釋道。

植物呼吸氣孔與氣候變化

Michael raisisg說:“我一直很感興趣的是，在單個(gè)細(xì)胞類型中缺乏細(xì)胞指南針會(huì)影響整個(gè)植物的氣體交換動(dòng)態(tài)和效率?！彼f，考慮到氣候變化會(huì)導(dǎo)致更長的干旱期和過熱，這一點(diǎn)尤其重要。草類在人類糧食安全中發(fā)揮著核心作用;玉米、大米和小麥等谷物都是禾草，它們提供了人類消耗的一半以上的卡路里。“因此，了解植物是如何“呼吸”的，以及草是如何以及為什么形成更有效的“呼吸”毛孔是至關(guān)重要的，”raisisg補(bǔ)充道。

雖然這項(xiàng)研究主要集中在發(fā)育生物學(xué)上，但這些發(fā)現(xiàn)可能與改善農(nóng)作物有關(guān)。“氣孔是樹葉和環(huán)境之間的細(xì)胞守門人，是第一個(gè)對(duì)氣候變化做出反應(yīng)的，”博士生、合著者羅克珊·斯皮格霍爾德說。因此，她說，有必要了解草是如何以及為什么成為最有效的“看門人”，以便以更節(jié)水的方式“呼吸”。然而，Spiegelhalder總結(jié)說，這些發(fā)現(xiàn)如何以及是否可以轉(zhuǎn)移到其他作物上，還需要進(jìn)一步的研究。