<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(huì)打開和關(guān)閉，從而控制水分蒸發(fā)、光合作用和植物生長(zhǎng)。植物通過(guò)氣孔蒸發(fā)失去90%以上的水分。二氧化碳對(duì)氣孔開口的調(diào)節(jié)對(duì)于確定植物損失多少水分至關(guān)重要，而且由于全球變暖，二氧化碳對(duì)氣候和水資源的影響越來(lái)越大，因此至關(guān)重要。</p> <p>&nbsp;</p> <p>但是，識(shí)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(gè)長(zhǎng)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(duì)水管理至關(guān)重要，并對(duì)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(zhǎng)兼細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)系教員施羅德說(shuō):&ldquo;每吸收一個(gè)二氧化碳分子，典型的植物就會(huì)通過(guò)氣孔蒸發(fā)掉大約200到500個(gè)水分子。&rdquo;&ldquo;這種傳感器非常重要，因?yàn)樗茏R(shí)別二氧化碳濃度何時(shí)上升，并確定植物吸收二氧化碳時(shí)損失了多少水分。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)新研究的一個(gè)關(guān)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(lái)源或蛋白質(zhì)，而是通過(guò)兩種植物蛋白質(zhì)一起工作來(lái)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(shuō):&ldquo;我們的研究結(jié)果表明，植物通過(guò)兩種蛋白質(zhì)的可逆相互作用來(lái)調(diào)節(jié)氣孔運(yùn)動(dòng)，從而感知二氧化碳濃度的變化。&rdquo;高橋目前在日本轉(zhuǎn)化生物分子研究所工作。&ldquo;這可以為我們提供一個(gè)新的工廠工程和化學(xué)目標(biāo)，以實(shí)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(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)提交給加州大學(xué)圣地亞哥分校的一項(xiàng)專利，隨著二氧化碳水平的上升，該發(fā)現(xiàn)可能會(huì)導(dǎo)致植物有效利用水分的創(chuàng)新。</p> <p>&nbsp;</p> <p>施羅德說(shuō):&ldquo;這一發(fā)現(xiàn)與作物有關(guān)，但也與樹木有關(guān)，如果長(zhǎng)時(shí)間不下雨，樹木的深根會(huì)使土壤干燥，從而導(dǎo)致野火。&rdquo;&ldquo;如果我們可以利用這些新信息來(lái)幫助樹木更好地應(yīng)對(duì)大氣中二氧化碳的增加，它們可能會(huì)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(jìn)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(xué)與生物化學(xué)系的Andrew McCammon教授合作。</p> <p>&nbsp;</p> <p>利用尖端技術(shù)，Seitz和McCammon創(chuàng)建了傳感器復(fù)雜結(jié)構(gòu)的詳細(xì)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(yīng)對(duì)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(gè)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(xué)圣地亞哥分校的生物學(xué)家與化學(xué)和生物化學(xué)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(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)。左邊部分(A)描述了MPK4 - HT1復(fù)合體(MPK以紅色突出顯示;HT1(藍(lán)色)和右邊(B)部分顯示MPK12 - HT1復(fù)合體。突出顯示的氨基酸殘基(黃色、灰色、淺藍(lán)色和綠色)顯示了破壞傳感器功能的突變。來(lái)源:加州大學(xué)圣地亞哥分校麥卡蒙實(shí)驗(yàn)室</p> <p>&nbsp;</p> <p>支持這項(xiàng)研究的美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)生物科學(xué)理事會(huì)的項(xiàng)目主管Matthew Buechner說(shuō):&ldquo;這項(xiàng)工作是好奇心驅(qū)動(dòng)研究的一個(gè)很好的例子，它匯集了從遺傳學(xué)到建模到系統(tǒng)生物學(xué)的幾門學(xué)科，并產(chǎn)生了具有幫助社會(huì)能力的新知識(shí)，在這種情況下，通過(guò)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(xué)進(jìn)展論文中描述的研究資金由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)提供(資助MCB-1900567);部分由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院資助(撥款R01 GM60396);國(guó)家科學(xué)基金研究生研究獎(jiǎng)學(xué)金(DGE-1650112)， JST, PRESTO(授予JPMJPR21D8);SUNBOR;愛(ài)沙尼亞研究理事會(huì)(資助PRG433);卓越中心;植物生物學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目;芬蘭學(xué)院卓越中心項(xiàng)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(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>