熱點
保護細胞中PIF4的高表達減少了蒸騰作用。
保護細胞中HY5的表達增強了蒸騰作用。
保護細胞中HY5的表達升高可以逆轉(zhuǎn)HXK1保護細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動的控制,受內(nèi)源和環(huán)境信號的調(diào)節(jié),光在其中起主導作用。氣孔孔徑不斷調(diào)整以適應光照強度和質(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,但關于保衛(wèi)細胞如何感知這些信號來影響氣孔導度的遺傳知識仍然有限。在目前的研究中,我們評估了兩個中心光響應轉(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)細胞(GCPIF4)中的過度表達降低了蒸騰作用,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)的保護細胞過度表達引起的低蒸騰作用,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的自動激活。這些發(fā)現(xiàn)支持了氣孔中光響應轉(zhuǎn)錄因子HY5和PIF4對蒸騰作用的持續(xù)晝夜調(diào)節(jié),從而最終決定了整個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以及植物逆境生物學研究通用平臺。 該系統(tǒng)可持續(xù)、實時測量位于不同環(huán)境條件下、陣列中每個植株的土壤-植物-空氣(SPAC)中的即時水流動。 直接測量根系和莖葉系統(tǒng)水平衡和生物量增加,計算植物生理參數(shù)以及植物對動態(tài)環(huán)境的反饋。 系統(tǒng)以有效、易用、無損的方式針對植物對不同處理的反應、預測植物生長和生產(chǎn)力進行定量比較,廣泛應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、植物健康等領域的研究。
天車搭配使用的Plantarray系統(tǒng)
相關閱讀
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺-煙草研究
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺--番茄研究
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺--番茄研究2
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺--番茄研究3
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺--番茄研究4
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺--番茄研究5
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺-西紅柿研究6
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺-擬南芥研究1
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺--擬南芥研究2
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺林木研究-黑松研究
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺林木研究-楊樹研究
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺林木研究-柑橘研究
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺-辣椒研究2
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺-辣椒研究3
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺-辣椒研究4
Plantarray高通量植物生理表型平臺和植物逆境生物學生理研究平臺作物研究-大麥研究2
Plantarray高通量植物逆境生物學生理研究平臺應用—產(chǎn)量與干旱研究
Plantarray植物功能生理表型系統(tǒng):布魯氏松、黑松及其強壯F1雜種的形態(tài)和生理特性比較
Plantarray功能生理表型系統(tǒng):通過生理-轉(zhuǎn)錄組學功能方法了解蔬菜豆類中的水分保持與保護特性
Plantarray植物功能生理表型研究系統(tǒng):光煙草表皮蠟成分對干旱期間的葉片有何作用
Plantarray植物功能生理表型研究系統(tǒng):聯(lián)用Plantarray與太陽誘導葉綠素熒光(SIF)研究脅迫條件下光合作用