New phytologist | 梁允宽教授团队揭示拟南芥通过COBL7基因调节纤维素特异性沉积和气孔形态建成的分子机制

气孔深刻影响植物光合作用、蒸腾作用和防御反应，维持其形态和功能正常对于植物生理和农业生产至关重要。自从1674年观察到叶片中气孔的存在，控制气孔谱系细胞命运决定和转变的细胞间信号传导和许多转录调节因子已经被确定，但气孔发育后期的孔洞形成起始位置如何准确定位，植物如何调控气孔孔洞区域细胞壁的组分和物理特性，保障数以百万次的气孔开闭运动的稳健性，以及相关的分子基础，我们一直知之甚少。

近日，我室梁允宽教授团队联合上海师范大学黄继荣教授在New Phytologist 发表了题为“COBL7 is required for stomatal formation via regulation of cellulose deposition in Arabidopsis”的研究论文。该论文借助遗传突变体筛选、图位克隆以及DNA测序，发现不论是DSM1/COBL7基因突变抑或是其过量表达，均造成气孔形态和功能异常，阻滞植物生长。

进一步研究发现COBL7基因在保卫母细胞气孔世系细胞中有较高水平表达，其蛋白定位随着气孔发育进程表现出显著的动态变化，特别是在气孔孔洞形成起始位置和气孔腹壁具有高丰度的特异积累。

作者还发现野生型拟南芥经纤维素合成抑制剂处理可以表现出与dsm1/cobl7突变体相似的异常气孔，且COBL7基因表达量改变后对纤维素合成抑制剂处理的敏感性增加，表明COBL7对于纤维素含量稳态维持和气孔发育具有重要作用。为了探究COBL7对纤维素代谢的影响，作者测定了不同株系纤维素含量，发现COBL7表达量改变后纤维素含量降低。体外结合实验结果表明COBL7及其同源物COBL8均能结合纤维素分子，推测其可能通过与纤维素的直接相互作用来调节气孔壁的机械性能，从而影响气孔形态发生和功能建成。

综上所述， 该研究表明COBL7/8基因可能通过影响纤维素沉积和排布，参与气孔形成过程。杂交水稻全国重点实验室梁允宽教授和上海师范大学黄继荣教授为该论文的通讯作者，国重室已毕业博士生葛盛超和在读博士生孙鹏越为论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委和杂交水稻全国重点实验室的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1111/nph.19327