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名古屋大学的一组科学家发现了可以控制植物气孔运动的新化合物。已经证明，当喷洒在玫瑰和燕麦叶上时，一些化合物可防止叶子干燥，抑制枯萎。进一步的调查可能会导致新化合物的开发，以延长切花和花束的新鲜度，降低植物的运输成本，并赋予作物抗旱性。该研究发表在植物和细胞生理学，并探索了一种新的化学方法，不依赖于经典的遗传方法来调节植物的气孔开放。
气孔是植物表面存在的小孔，包括叶子，花瓣和其他器官，并且负责与大气的气体交换。这些孔促进气体交换以提供光合作用所需的二氧化碳并通过蒸腾释放水，这增强了从根部吸收养分。因此，气孔开放的调节对于植物生长以及响应环境条件的存活是必不可少的。
气孔由一对保护细胞组成，并响应阳光中存在的蓝色波长而打开，解释了为什么光合作用在白天发生。当植物处于黑暗条件和/或干旱胁迫下时，植物激素，脱落酸(ABA)被生物合成并诱导气孔关闭。气孔在夜间关闭，以防止水从工厂流失。
当气孔中的保卫细胞检测到蓝光时，光感受器光敏素被激活并诱导细胞内的信号传导。称为质膜质子泵(PM H + -ATPase)的酶被激活，导致钾离子的摄取。这会引起水分吸收和细胞肿胀，从而打开气孔。虽然已知PM H + -ATPase的激活对于气孔开放具有重要意义，但气孔开放的完整机制尚未阐明。
“由于我们有兴趣揭示气孔开放的机制，我们决定使用化学库探索影响气孔开放的分子，”ITbM的植物生物学家，该研究的负责人Toshinori Kinoshita教授说。“我们在2014年开始这项研究，并且热衷于使用基于化学的方法而不是经典遗传技术来克服诸如致死性和基因冗余等缺点。我们还认为使用化合物来调节气孔运动对于开发农用化学品。“
ITbM于2013年正式启动，拥有由Ayato Sato博士管理的化学库，由商业化合物和ITbM化学家合成的化合物组成。Kinoshita认为这是开始新方法的好机会。
使用药草Benghal dayflower作为模型植物，Shigeo Toh博士，Shinpei Inoue先生和Yosuke Toda博士建立了筛选20,000种化合物的实验条件。经过一年的随机筛选，他们设法找到了受体化合物。这包括9种能够抑制光诱导气孔开度超过50%的化合物，以及两种即使在黑暗中也能诱导气孔开放的化合物。
“这项研究的关键是从大量化合物中尽可能有效地筛选和发现命中化合物，”Kinoshita说。
对气孔关闭化合物(SCLs)，SCL1和SCL2的进一步分析表明，它们抑制了光敏素受体和PM H + -ATP酶之间的信号传导成分，从而抑制光诱导的PM H + -ATP酶活化并导致气孔的抑制。开幕。
研究人员还将SCL1喷洒在玫瑰和燕麦叶上，发现叶片的枯萎在一段时间内被成功抑制。
“这是我们研究中最好的时刻，发现我们发现的分子对抑制叶子枯萎有影响，”木下说。“这些化合物通过与植物激素不同的机制诱导气孔关闭的事实，ABA很重要。”
除了响应干旱胁迫的气孔关闭效应外，ABA还被认为是种子萌发和植物生长的抑制剂。尽管目前正在开发ABA及其衍生物作为诱导植物耐旱性的试剂，但它们的副作用一直是个问题。SCL1目前显示仅对气孔关闭有影响，因此该团队设想这是开发耐旱新试剂的良好起点。他们认为这些类型的化合物可用于保持切花新鲜，并且还可以简单地通过将化合物喷洒在植物上来降低运输成本。
“我们希望能够找到合作伙伴，进一步阐明气孔开放机制，共同开发可用于对各种植物(包括主要作物和花卉)进行耐旱的化合物，”Kinoshita说。“我们还相信，通过使叶子持续更长时间，这可能会导致增加叶子的变化，这种叶子可用于日本传统的花卉布置，Ikebana，目前倾向于避免使用容易枯萎的简单叶子。”
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