2024-10-02 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)
カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者が、植物が高温に対処するための2つのメカニズムを発見しました。植物は葉の気孔を広げて「汗をかく」ことで熱を逃がしますが、この研究では、温度が上昇するにつれ、1つの遺伝的経路が気孔の開放を制御し、さらに高温では別の経路が作動することが明らかになりました。
2つ目の経路は、極端な高温下で光合成がストレスを受け低下した場合に作動するものです。この経路では、通常の二酸化炭素センサーによる制御が無効となり、光合成に依存せずに気孔が開いて植物が冷却を行います。これにより、植物は二酸化炭素の吸収に伴う利益を得ないまま、水を「汗」のように放出するため、水の使用効率が低下するという結果になります。この経路は、特に過酷な温度条件下で植物が生存するための緊急メカニズムと考えられます。
この2つ目の経路は、光合成と関係なく気孔を開くため、水の利用効率が低下する可能性があり、農業や灌漑計画に影響を及ぼすとされています。
<関連情報>
- https://today.ucsd.edu/story/as-temperatures-rise-researchers-identify-mechanisms-behind-plant-response-to-warming
- https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.20121
温暖化は、光合成の亢進とそれに伴うガード細胞のCO2センシングによって気孔開放を引き起こすが、高温化は光合成と無関係な反応を引き起こす Warming triggers stomatal opening by enhancement of photosynthesis and ensuing guard cell CO2 sensing, whereas higher temperatures induce a photosynthesis-uncoupled response
Nattiwong Pankasem, Po-Kai Hsu, Bryn N. K. Lopez, Peter J. Franks, Julian I. Schroeder
New Phytologist Published: 01 October 2024
DOI:https://doi.org/10.1111/nph.20121
Summary
- Plants integrate environmental stimuli to optimize photosynthesis vs water loss by controlling stomatal apertures. However, stomatal responses to temperature elevation and the underlying molecular genetic mechanisms remain less studied.
- We developed an approach for clamping leaf-to-air vapor pressure difference (VPDleaf) to fixed values, and recorded robust reversible warming-induced stomatal opening in intact plants. We analyzed stomatal temperature responses of mutants impaired in guard cell signaling pathways for blue light, abscisic acid (ABA), CO2, and the temperature-sensitive proteins, Phytochrome B (phyB) and EARLY-FLOWERING-3 (ELF3).
- We confirmed that phot1-5/phot2-1 leaves lacking blue-light photoreceptors showed partially reduced warming-induced stomatal opening. Furthermore, ABA-biosynthesis, phyB, and ELF3 were not essential for the stomatal warming response. Strikingly, Arabidopsis (dicot) and Brachypodium distachyon (monocot) mutants lacking guard cell CO2 sensors and signaling mechanisms, including ht1, mpk12/mpk4-gc, and cbc1/cbc2 abolished the stomatal warming response, suggesting a conserved mechanism across diverse plant lineages. Moreover, warming rapidly stimulated photosynthesis, resulting in a reduction in intercellular (CO2). Interestingly, further enhancing heat stress caused stomatal opening uncoupled from photosynthesis.
- We provide genetic and physiological evidence that the stomatal warming response is triggered by increased CO2 assimilation and stomatal CO2 sensing. Additionally, increasing heat stress functions via a distinct photosynthesis-uncoupled stomatal opening pathway.
