<p>50多年前，研究人員發(fā)現(xiàn)植物可以感知二氧化碳濃度。隨著二氧化碳濃度的變化，葉子上&ldquo;呼吸&rdquo;的氣孔會打開和關閉，從而控制水分蒸發(fā)、光合作用和植物生長。植物通過氣孔蒸發(fā)失去90%以上的水分。二氧化碳對氣孔開口的調(diào)節(jié)對于確定植物損失多少水分至關重要，而且由于全球變暖，二氧化碳對氣候和水資源的影響越來越大，因此至關重要。</p> <p>&nbsp;</p> <p>但是，識別二氧化碳傳感器并解釋它在植物中是如何工作的仍然是一個長期的難題。</p> <p>&nbsp;</p> <p>由于氣孔控制植物失水，因此傳感器對水管理至關重要，并對氣候引起的干旱、野火和農(nóng)作物管理具有意義。</p> <p>&nbsp;</p> <p>諾華董事長兼細胞與發(fā)育生物學系教員施羅德說:&ldquo;每吸收一個二氧化碳分子，典型的植物就會通過氣孔蒸發(fā)掉大約200到500個水分子。&rdquo;&ldquo;這種傳感器非常重要，因為它能識別二氧化碳濃度何時上升，并確定植物吸收二氧化碳時損失了多少水分。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項新研究的一個關鍵驚喜是傳感器的組成。研究人員發(fā)現(xiàn)，傳感器不是追蹤到單一來源或蛋白質(zhì)，而是通過兩種植物蛋白質(zhì)一起工作來工作。這些被鑒定為1)&ldquo;高葉溫度1&rdquo;蛋白激酶，稱為HT1; 2)絲裂原激活蛋白激酶家族或&ldquo;MAP&rdquo;激酶酶的特定成員，稱為MPK4和MPK12。</p> <p>&nbsp;</p> <p>高橋說:&ldquo;我們的研究結果表明，植物通過兩種蛋白質(zhì)的可逆相互作用來調(diào)節(jié)氣孔運動，從而感知二氧化碳濃度的變化。&rdquo;高橋目前在日本轉化生物分子研究所工作。&ldquo;這可以為我們提供一個新的工廠工程和化學目標，以實現(xiàn)高效的工廠用水和從大氣中吸收二氧化碳。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團隊的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)提交給加州大學圣地亞哥分校的一項專利，隨著二氧化碳水平的上升，該發(fā)現(xiàn)可能會導致植物有效利用水分的創(chuàng)新。</p> <p>&nbsp;</p> <p>施羅德說:&ldquo;這一發(fā)現(xiàn)與作物有關，但也與樹木有關，如果長時間不下雨，樹木的深根會使土壤干燥，從而導致野火。&rdquo;&ldquo;如果我們可以利用這些新信息來幫助樹木更好地應對大氣中二氧化碳的增加，它們可能會更緩慢地使土壤變干。同樣，作物的水分利用效率也可以提高&mdash;&mdash;每滴水可以收獲更多的作物。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了進一步探索他們的傳感器發(fā)現(xiàn)，研究人員與研究生Christian Seitz和化學與生物化學系的Andrew McCammon教授合作。</p> <p>&nbsp;</p> <p>利用尖端技術，Seitz和McCammon創(chuàng)建了傳感器復雜結構的詳細模型。該模型涉及到已知基因突變限制植物調(diào)節(jié)蒸騰以應對二氧化碳的能力的地區(qū)。新的圖像顯示突變體聚集在兩個傳感器蛋白HT1和MPK聚集的區(qū)域。<img src="https://today.ucsd.edu/news_uploads/plant-sensor-structure-705-12-5-22.jpg" alt="Image of predicted plant carbon dioxide sensor." width="705" height="297" />&nbsp;</p> <p>加州大學圣地亞哥分校的生物學家與化學和生物化學系的同事們合作，揭示了新發(fā)現(xiàn)的植物二氧化碳傳感器的預測結構。左邊部分(A)描述了MPK4 - HT1復合體(MPK以紅色突出顯示;HT1(藍色)和右邊(B)部分顯示MPK12 - HT1復合體。突出顯示的氨基酸殘基(黃色、灰色、淺藍色和綠色)顯示了破壞傳感器功能的突變。來源:加州大學圣地亞哥分校麥卡蒙實驗室</p> <p>&nbsp;</p> <p>支持這項研究的美國國家科學基金會生物科學理事會的項目主管Matthew Buechner說:&ldquo;這項工作是好奇心驅(qū)動研究的一個很好的例子，它匯集了從遺傳學到建模到系統(tǒng)生物學的幾門學科，并產(chǎn)生了具有幫助社會能力的新知識，在這種情況下，通過生產(chǎn)更健壯的作物。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>該論文的完整作者名單:Yohei Takahashi, Krystal Bosmans, Po-Kai Hsu, Karnelia Paul, Christian Seitz, zhong - yueh Yeh, Yuh-Shuh Wang, Dmitry Yarmolinsky, Maija Sierla, Triin Vahisalu, J. Andrew McCammon, Jaakko Kangasjarvi, Li Zhang, Hannes Kollist, Thien Trac和Julian I. Schroeder。</p> <p>&nbsp;</p> <p>科學進展論文中描述的研究資金由美國國家科學基金會提供(資助MCB-1900567);部分由美國國立衛(wèi)生研究院資助(撥款R01 GM60396);國家科學基金研究生研究獎學金(DGE-1650112)， JST, PRESTO(授予JPMJPR21D8);SUNBOR;愛沙尼亞研究理事會(資助PRG433);卓越中心;植物生物學基礎設施項目;芬蘭學院卓越中心項目(資助271832和307335)。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>