熱點(diǎn)
保護(hù)細(xì)胞中PIF4的高表達(dá)減少了蒸騰作用。
保護(hù)細(xì)胞中HY5的表達(dá)增強(qiáng)了蒸騰作用。
保護(hù)細(xì)胞中HY5的表達(dá)升高可以逆轉(zhuǎn)HXK1保護(hù)細(xì)胞活性所造成的低蒸騰作用。
摘要
全植物蒸騰作用受植物水力和氣孔運(yùn)動(dòng)的控制,受內(nèi)源和環(huán)境信號(hào)的調(diào)節(jié),光在其中起主導(dǎo)作用。氣孔孔徑不斷調(diào)整以適應(yīng)光照強(qiáng)度和質(zhì)量的變化,一方面確保光合作用的最佳CO2攝入,另一方面確保水分損失最小。光照和蒸騰作用之間的聯(lián)系已經(jīng)很好地確立,但關(guān)于保衛(wèi)細(xì)胞如何感知這些信號(hào)來影響氣孔導(dǎo)度的遺傳知識(shí)仍然有限。在目前的研究中,我們?cè)u(píng)估了兩個(gè)中心光響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子的作用;bZIP家族轉(zhuǎn)錄因子延伸的下胚軸5(HY5)和基本螺旋環(huán)螺旋(BHLH)轉(zhuǎn)錄因子植物色素相互作用因子4(PIF4)。我們發(fā)現(xiàn),PIF4在保衛(wèi)細(xì)胞(GCPIF4)中的過度表達(dá)降低了蒸騰作用,并可以抑制PIF4突變體的高蒸騰作用。此外,我們發(fā)現(xiàn)GCHY5可以逆轉(zhuǎn)由糖傳感器HEXOKINASE1(HXK1,GCHXK)的保護(hù)細(xì)胞過度表達(dá)引起的低蒸騰作用,這是一種已建立的低蒸騰基因型。最后,我們認(rèn)為GCHXK逆轉(zhuǎn)GCHY5的低蒸騰作用需要其他組織中內(nèi)源性HY5的自動(dòng)激活。這些發(fā)現(xiàn)支持了氣孔中光響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子HY5和PIF4對(duì)蒸騰作用的持續(xù)晝夜調(diào)節(jié),從而最終決定了整個(gè)植物的水分利用效率。
Guard cell activity of PIF4 and HY5 control transpiration
Highlights
Elevated expression of PIF4 in guard cells reduces transpiration.
Elevated expression of HY5 in guard cells enhances transpiration.
Elevated expression of HY5 in guard cells can reverse the low transpiration imposed by guard cell activity of HXK1.
Abstract
Whole-plant transpiration, controlled by plant hydraulics and stomatal movement, is regulated by endogenous and environmental signals, with the light playing a dominant role. Stomatal pore size continuously adjusts to changes in light intensity and quality to ensure optimal CO2 intake for photosynthesis on the one hand, together with minimal water loss on the other. The link between light and transpiration is well established, but the genetic knowledge of how guard cells perceive those signals to affect stomatal conductance is still somewhat limited. In the current study, we evaluated the role of two central light-responsive transcription factors; a bZIP-family transcription factor ELONGATED HYPOCOTYL5 (HY5) and the basic helix-loop-helix (BHLH) transcription factor PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR4 (PIF4), in the regulation of steady-state transpiration. We show that overexpression of PIF4 exclusively in guard cells (GCPIF4) decreases transpiration, and can restrain the high transpiration of the pif4 mutant. Expression of HY5 specifically in guard cells (GCHY5) had the opposite effect of enhancing transpiration rates of WT- Arabidopsis and tobacco plants and of the hy5 mutant in Arabidopsis. In addition, we show that GCHY5 can reverse the low transpiration caused by guard cell overexpression of the sugar sensor HEXOKINASE1 (HXK1, GCHXK), an established low transpiring genotype. Finally, we suggest that the GCHY5 reversion of low transpiration by GCHXK requires the auto-activation of the endogenous HY5 in other tissues. These findings support the existence of an ongoing diurnal regulation of transpiration by the light-responsive transcription factors HY5 and PIF4 in the stomata, which ultimately determine the whole-plant water use efficiency.
Keywords:Guard cells Stomata Transpiration HY5 PIF4 Water use efficiency
Plantarray是一款基于稱重的高通量、多傳感器生理表型平臺(tái)以及植物逆境生物學(xué)研究通用平臺(tái)。 該系統(tǒng)可持續(xù)、實(shí)時(shí)測(cè)量位于不同環(huán)境條件下、陣列中每個(gè)植株的土壤-植物-空氣(SPAC)中的即時(shí)水流動(dòng)。 直接測(cè)量根系和莖葉系統(tǒng)水平衡和生物量增加,計(jì)算植物生理參數(shù)以及植物對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境的反饋。 系統(tǒng)以有效、易用、無損的方式針對(duì)植物對(duì)不同處理的反應(yīng)、預(yù)測(cè)植物生長(zhǎng)和生產(chǎn)力進(jìn)行定量比較,廣泛應(yīng)用于生物脅迫和非生物脅迫以及植物栽培加速育種研究等,脅迫研究涵蓋干旱脅迫、鹽脅迫、重金屬脅迫、熱、冷脅迫、光脅迫以及灌溉/養(yǎng)分、CO2指示、植物健康等領(lǐng)域的研究。
天車搭配使用的Plantarray系統(tǒng)
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