近日中国农业科学院生物技术研究所和广东省农科院、美国伊利诺伊大学等单位合作，揭示了玉米葡萄糖转运蛋白CST1介导调节气孔运动和光合作用的分子机制。该研究进一步厘清气孔开闭与光合作用的调控途径，未来可利用CST1及其他气孔运动控制基因的调控机制提升光合效率，为提高作物产量提供一条新的思路。相关研究成果在线发表在《植物细胞（Plant Cell）》上。

光合作用是植物生长最重要的生理途径，对作物而言，作物的光合作用效率也是从源头上决定作物产量高低的关键因素。因此，通过光合作用固定大气二氧化碳对植物的生存至关重要。为了达到最佳的光合效率，植物可根据自身的碳状态控制叶片的光合速率：当光合产物不足时，植物会上调光合作用效率；而光合产物过度积累时，则通过光同化物反馈调节抑制光合作用。气孔是二氧化碳进入植物叶片的门户，气孔的开闭可以控制光合作用的速率。虽然碳状态对气孔开闭和光合作用效率的调节是植物界的普遍现象，但是其分子机制尚不明确。

该研究在玉米突变体库中首次鉴定了一个闭孔突变体cst1。cst1突变体在灌浆期前和野生型玉米没有表型差异，但是在灌浆期表现出气孔关闭、叶片早衰、籽粒灌浆不足的表型。通过图位克隆和CRISPR / Cas9验证，证明cst1基因编码葡萄糖转运蛋白CST1，突变降低了该蛋白的寡聚化和葡萄糖转运活性。通过比较cst1突变体和野生型玉米的转录组和代谢组，发现cst1突变体中C4光合作用基因显著下调，碳饥饿标志基因和标志代谢物显著上调，这和气孔关闭的表型是一致的。此外，研究还发现，CST1的表达受到碳饥饿的诱导和光合产物的抑制，揭示CST1在光合同化物反馈调节气孔运动中发挥关键作用。

责任编辑：孙楚一