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陈宇航研究组在植物SLAC1冷冻电镜结构研究中取得突破

  气孔是植物与外界环境进行物质和信息交换的窗口。气孔通过感应和解码多种外界环境信号如干旱、CO2和臭氧等,介导植物对外界环境的适应过程。此外,气孔还是病原微生物的入侵通道,参与植物抗病的免疫响应。气孔控制植物CO2摄取和水分蒸腾散失,其开闭受到高度严格的调控。因此,植物气孔感应重要外界信号分子的机理解析对于作物纤维,粮食稳产和解决水资源短缺具有重要意义。 

 

  气孔由特化的护卫细胞形成,通过解码各种不同的外界环境信号,整合为护卫细胞的膨压变化来调控气孔开闭。护卫细胞膨压变化主要通过胞内离子跨膜转运来实现,受到多个不同信号通路调控。两种关键离子通道SLAC1QUAC1位于多个调控通路的交汇点,分别介导护卫细胞慢型(S)和快型(R)阴离子电流。护卫细胞阴离子外流是启动气孔关闭的关键步骤,然而其如何感知、解码和响应不同外界环境信号的分子机理和动态过程尚不清楚。 

 

  中国科学院遗传与发育生物学欧洲杯竞猜陈宇航研究组通过冷冻电镜技术解析了高等植物SLAC1的三维结构,并进一步应用电生理学技术系统地鉴定了SLAC1通道的关键磷酸化位点。这些研究为阐明SLAC1激活的分子机理奠定了重要基础。有关结果以“Structure and activity of SLAC1 channels for stomatal signaling in leaves”为题发表在《美国科学院院报》 (DOI: 10.1073/pnas.2015151118)。陈宇航研究组学生邓亚楠为论文第一作者。该文通讯作者是中科院遗传发育所的陈宇航研究员,哥伦比亚大学Wayne Hendrickson教授和Oliver Clarke教授。该研究还得到遗传发育所谢旗研究员、汪迎春研究员和黄夏禾博士,生物物理所王权博士等帮助。该研究得到了中国科学院战略性先导专项,科技部重大研发计划和国家自然科学基金项目资助。 

 

图:控制气孔关闭关键离子通道SLAC1冷冻电镜结构和电生理学研究 
A. 气孔开关调控的分子网络;B. SLAC1单颗粒冷冻电镜研究;C. SLAC1三维结构;D. SLAC1关键磷酸化位点的电生理学分析