近日，山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，植物發(fā)育與環(huán)境適應(yīng)生物學(xué)教育部重點實驗室白明義教授團隊在植物能量感受器SnRK1的功能研究方面取得重要進展。相關(guān)研究結(jié)果以“KIN10 Promotes Stomatal Development through Stabilization of the SPEECHLESS Transcription Factor”為題發(fā)表于國際頂級期刊Nature Communications。

植物SnRK1蛋白激酶與酵母SNF1以及哺乳動物AMPK在結(jié)構(gòu)具有較高的同源性，并且功能非常保守，作為能量感受器參與環(huán)境和細胞脅迫響應(yīng)。植物在生長發(fā)育過程中，其體內(nèi)碳水化合物往往隨著發(fā)育狀態(tài)和環(huán)境的變化而變化。植物通過感應(yīng)碳水化合物的變化，調(diào)控SnRK1的激酶活性，同時SnRK1蛋白激酶能控制下游與能量相關(guān)的關(guān)鍵代謝酶類的酶活，反饋調(diào)控植物碳水化合物水平，來進一步調(diào)控植物生長發(fā)育和適應(yīng)周圍環(huán)境。但SnRK1如何響應(yīng)外界環(huán)境刺激和激素信號，以及激活的SnRK1如何調(diào)控植物生長發(fā)育和能量穩(wěn)態(tài)，目前都還不清楚。

該研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥在弱光，短日照和液體培養(yǎng)等條件下，氣孔發(fā)育被顯著抑制，此時外源施加的糖類可以有效促進植物氣孔發(fā)生。在這些條件下植物能量感受器SnRK1復(fù)合體的催化亞基KIN10突變體kin10造成氣孔指數(shù)降低，而KIN10的過表達材料KIN10-Ox表現(xiàn)為氣孔指數(shù)升高。進一步研究表明，外源施加蔗糖可以促進KIN10蛋白質(zhì)的翻譯。同時，KIN10蛋白質(zhì)具有在擬南芥表皮氣孔發(fā)育進程細胞中特異的核定位現(xiàn)象，并且與氣孔發(fā)育核心轉(zhuǎn)錄因子SPEECHLESS（SPCH）相互作用，磷酸化SPCH提高SPCH的蛋白穩(wěn)定性，進而促進氣孔發(fā)育。綜上，該研究結(jié)果揭示了植物能量感受器SnRK1在逆境條件下調(diào)控植物氣孔發(fā)育的分子機制，為解析植物通過感受植物體內(nèi)的能量變化調(diào)控植物生長發(fā)育，增強植物的環(huán)境適應(yīng)性提供了新的見解。

生命科學(xué)學(xué)院助理研究員韓超博士為該論文的第一作者，浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄧志平研究員，新加坡國立大學(xué)On Sun Lau教授以及比利時根特大學(xué)-弗蘭德斯生物技術(shù)研究中心的Geert De Jaeger教授參與了該工作，山東大學(xué)的白明義教授為該論文的唯一通訊作者。

山東大學(xué)白明義教授課題組常年研究植物激素油菜素內(nèi)脂調(diào)控植物適應(yīng)性的分子機理研究，近期他們?nèi)〉孟盗醒芯窟M展包括：油菜素內(nèi)脂調(diào)控植物幼苗出土（Tian et al.，2018， Nature Communications;Wang et al.，2020， Plant Cell）;油菜素內(nèi)脂調(diào)控氣孔中碳水化合物代謝調(diào)控氣孔運動（Li et al.，2020， Plant Cell）。本研究論文是該課題組研究油菜素內(nèi)脂調(diào)控植物葉片碳水化合物代謝進而調(diào)控氣孔發(fā)育的一部分。該工作的完成為解析油菜素內(nèi)脂通過調(diào)控植物碳水化合物代謝調(diào)控氣孔運動和發(fā)育來調(diào)控植物光合作用和環(huán)境適應(yīng)性奠定了扎實的基礎(chǔ)。該研究得到國家自然科學(xué)基金，山東省自然科學(xué)基金和山東大學(xué)青年學(xué)者未來計劃和青年交叉創(chuàng)新群體項目的資助。