Cell子刊, 新通路！UVA--cGMP信号通路调节植物气孔开放！

来源：iPlants

虽然UVA辐射（315-400 nm）代表95％的紫外线辐射（包括UV-V、UVC、UVB、UVA）到达地球表面，与已知的可见光和UVB辐射效应相比，我们对UVA辐射对植物的影响知之甚少。Current Biology杂志在线发表了来自英国布里斯托大学Alistair M. Hetherington课题组题为“Short- and Long-Term Effects of UVA on Arabidopsis Are Mediated by a Novel cGMP Phosphodiesterase”的研究论文。该研究揭示了短期UVA辐射会抑制植物气孔的开放，而长期的UVA辐射增加了植物生长并降低了水的利用效率。研究表明该过程不依赖UVR受体UVR8，而是依赖由PDE1基因编码的新型cGMP-磷酸二酯酶介导的胞质中cGMP水平的降低。该研究发现将植物暴露在UVA辐射下会导致蓝光和红光诱导的气孔开放减少。暴露于UVA 3小时后的抑制效果大于6小时，表明随着时间的推移，对蓝光和红光诱导的气孔开放的负面影响程度降低（见下图）。这些结果表明，短期（3-6小时）暴露于UVA会抑制蓝光和红光诱导的气孔开放，但效果会随着时间的推移而降低。然而，UVA不会促进气孔关闭。此外，UVB的受体UVR8，已知参与UVB促进的拟南芥气孔关闭，然而该研究表明UVA信号传导不需要UVB受体。进一步研究发现，UVA诱导保卫和叶肉细胞中细胞溶质cGMP水平的可逆降低，而UVA诱导的cGMP减少是由IBMX敏感的cGMP-PDE活性和LY-83583敏感的脒基环化酶活性的联合作用介导的。然而拟南芥或任何其他维管植物中缺乏具有磷酸二酯酶结构域的腺苷酸环化酶。于是研究者通过新的比对方法，在拟南芥中鉴定出26个新的cGMP-PDE类似基因。进一步表明At1G17330-CN-PDE1具有酶活功能，同时在cn-pde1-1和cn-pde1-2突变体中，UVA诱导的红色和蓝色光对气孔开放的抑制被消除。 为了研究UVA辐射对植物的长期生理意义，研究发现在UVA存在下，不论基因型如何，生长显著增强。在pde1的两个突变等位基因中，生长显着大于WT。该结果表明UVA是生长的正调节因子，而PDE1基因是负调节因子。总之，该研究显示，在短期内，UVA辐射可作为蓝光和红光诱导气孔开口的制动器。然而，从长期来看，在数天和数周内测量，这些影响被取代，因为UVA导致蒸腾水分流失增加，生长增加。而这些短期和长期影响至少部分是由基于cGMP的信号系统和由PDE1基因编码的新型cGMP-磷酸二酯酶介导的。此外，由于该过程在苔藓中也存在，因此在大约5亿年的陆地植物进化中，对UVA的响应能力可能是保守的。