【文献速递】细胞外 ATP 受体 P2Ks 参与调控拟南芥对局部环境刺激的局部和系统性气孔响应

【文献速递】细胞外 ATP 受体 P2Ks 参与调控拟南芥对局部环境刺激的局部和系统性气孔响应

2025-07-22 11:48:42

近日,西北师范大学生命科学学院冯汉青教授团队在研究植物响应局部环境刺激的气孔调控机制研究方面取得进展。相关研究成果已经发表在国际权威期刊《Plant physiology and biochemistry : PPB》(IF=5.7、Q1期刊)上。
















在自然环境中,植物常面临局部环境刺激(如创伤、高光、明暗转换、热胁迫等),这些刺激不仅会引发受刺激部位的直接响应,还能通过系统性信号传导,诱导未受刺激的远端组织产生协同反应,以提升植物的环境适应能力。气孔作为植物与外界进行气体交换和水分蒸腾的关键通道,其孔径变化是植物应对环境刺激的重要适应性反应,且局部刺激可引发全株协同的系统性气孔响应。

细胞外 ATP(exATP)作为重要的信号分子,参与调节植物的多种生理过程,其功能依赖于细胞膜上的受体。在拟南芥中,已发现 P2K1(DORN1)和 P2K2 两种 exATP 受体,它们在植物生理反应中发挥重要作用。然而,关于 exATP 水平在局部环境刺激下是否会发生系统性变化,以及 exATP 及其受体 P2Ks 是否参与调控植物对局部环境刺激的局部和系统性气孔反应,相关研究仍较为缺乏。

本研究发现,创伤、高光、明暗转换和热胁迫等局部环境刺激不仅会改变拟南芥受刺激叶片(局部叶片)中的exATP水平,还会引起未受刺激的系统性叶片中 exATP 水平的系统性变化,这种系统性变化可能与钙信号和电信号等有关;通过对 P2K1、P2K2 单突变体及双突变体的研究证实,P2Ks 在调控局部和系统性气孔响应中发挥关键作用,具体表现为:创伤和高光胁迫下,P2Ks 是局部和系统性气孔关闭所必需的;热胁迫下,P2Ks 介导局部和系统性气孔开放;明暗转换时,P2Ks 不参与局部气孔开放但调控系统性气孔开放。综上,细胞外 ATP 及其受体 P2K1 和 P2K2 在拟南芥对局部环境刺激的局部及系统性气孔响应调控中起重要作用,这些发现为理解植物应对局部环境刺激的信号机制提供了新见解。


文章中,在研究拟南芥受到不同局部环境刺激后exATP水平的变化时,采用了广州博鹭腾的PlantView植物活体成像系统进行成像。结果显示,局部创伤(图a)、高光HL(图b)、明暗转换D-L(图c)处理使局部处理叶片的 exATP 水平显著增加;热胁迫HS(图d)处理则使局部处理叶片的 exATP 水平降低。同时,这些局部环境刺激均能引起系统叶片 exATP 水平上升。这表明局部环境刺激可引发 exATP 水平在局部和系统叶片的变化,且不同刺激对局部叶片 exATP 水平的影响存在差异,而系统叶片的 exATP 水平则普遍上升。



论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2025.109684