In een onderzoek gepubliceerd in Nature Communications hebben onderzoekers het moleculaire mechanisme ontcijferd dat de ritmische bewegingen van de huidmondjes gedurende de dag reguleert.

Huidmondjes bestaan ​​uit twee gepaarde wachtcellen (GC) en de porie ertussen, waarvan de grootte afhangt van de zwelling of krimp van de cellen, waardoor de stomatale opening groter of kleiner wordt. Optimale stomatale openingen worden bepaald door de integratie van verschillende omgevings- en interne factoren.

Over het algemeen vindt het sluiten plaats in het donker en onder waterstress als reactie op het stresshormoon ABA (abscisinezuur) om waterverlies te voorkomen, terwijl licht de opening van de huidmondjes induceert om CO₂ toe te laten. opname en O₂ vrijlating gedurende de dag.

Om de mechanismen die de stomatale bewegingen controleren volledig te begrijpen, hebben onderzoekers van het Center for Research in Agricultural Genomics onder leiding van Elena Monte de modelplant Arabidopsis thaliana bestudeerd in perioden van gecontroleerd licht en donker om de opening van de huidmondjes te monitoren en de betrokken eiwitten en genen te identificeren, met behulp van moleculair biologische methoden. evenals bio-informatica-analyses.

Onderzoekers ontdekten dat een familie van eiwitten genaamd PIF's (Phytochroom Interacting Factors) zich aan het einde van de nachtperiode ophopen, en dat dit een cruciale stap is om het openen van de huidmondjes in de ochtend te bewerkstelligen.

PIF's zijn transcriptiefactoren die de expressie van bepaalde genen controleren en in dit geval hebben onderzoekers vastgesteld dat accumulatie van PIF's de expressie van het KAT1-gen, een bewakingscelspecifiek kalium (K ⁺ ) teweegbrengt. ) kanaal dat de hoeveelheid ionen regelt en dus de hoeveelheid water die deze cellen binnenkomt. In de ochtend activeert de aanwezigheid van licht het KAT1-eiwit, waardoor de opname van kaliumionen en de zwelling van de wachtcellen wordt gestimuleerd, waardoor de huidmondjes opengaan.

Nil Veciana en Arnau Rovira, co-eerste auteurs van het werk, benadrukken het belang van de bevindingen in een experimentele opzet ‘zonder waterbeperkingen en dus met endogene ABA-niveaus’, omstandigheden waarin er ritmische huidmondjesopening is en de de regulerende reactie op donker/licht-cycli kan worden geëvalueerd.

Eigenlijk is deze wisselwerking tussen de PIF-functie en endogene ABA-signalering in de wachtcellen essentieel voor de dynamische regulatie van huidmondjes. 's Nachts is endogene ABA nodig om de huidmondjes gesloten te houden, terwijl 's ochtends een vermindering van de ABA nodig is voor het door licht geïnduceerde en PIF-gereguleerde openen van de huidmondjes.

Hoewel bekend was dat huidmondjes ritmische bewegingen hadden en de eiwitten die verantwoordelijk zijn voor het openen en sluiten al bekend waren, is dit de eerste keer dat het exacte transcriptionele mechanisme dat de opening van de huidmondjes reguleert gedurende dag en nacht is opgehelderd. Bovendien opent de identificatie van PIF en KAT1 als essentiële spelers in deze verordening de mogelijkheid voor nieuwe onderzoeksmogelijkheden en mogelijke biotechnologische benaderingen.

Inzicht in hoe de licht/donker-cyclus de stomatale opening reguleert, kan worden gebruikt om doelen te identificeren om de plantopbrengst en de aanpassing van planten aan verschillende stressfactoren te optimaliseren, bijvoorbeeld in een waterbeperkende omgeving en droogteomstandigheden.

Meer informatie: Arnau Rovira et al., PIF-transcriptieregulatoren zijn vereist voor ritmische stomatale bewegingen, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48669-4

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door het Centrum voor Onderzoek in Agrarische Genomica (CRAG)