山东大学白明义课题组揭示植物能量感受器SnRK1促进气孔发育的分子机理

        植物SnRK1 [sucrose non-fermenting-1 (SNF1)-related kinase 1] 蛋白激酶与酵母SNF1以及哺乳动物AMPK在结构具有较高的同源性，并且功能非常保守，作为能量感受器参与环境和细胞胁迫响应。植物在生长发育过程中，其体内碳水化合物往往随着发育状态和环境的变化而变化。植物通过感应碳水化合物的变化，调控SnRK1的激酶活性；同时，SnRK1蛋白激酶能控制下游与能量相关的关键代谢酶类的酶活，反馈调控植物碳水化合物水平，来进一步调控植物生长发育和适应周围环境。但SnRK1如何响应外界环境刺激和激素信号，以及激活的SnRK1如何调控植物生长发育和能量稳态，目前都还不清楚。

        2020年8月25日，山东大学生命科学学院白明义研究组在Nature Communications在线发表了题为KIN10 Promotes Stomatal Development through Stabilization of the SPEECHLESS Transcription Factor的研究论文。该研究在模式植物拟南芥中揭示了植物能量感受器SnRK1复合体的催化亚基KIN10介导植物内源能量水平调控植物气孔发育的分子机制。

        该研究发现，拟南芥在弱光，短日照和液体培养等条件下，气孔发育被显著抑制，此时外源施加的糖类可以有效促进植物气孔发生。在这些条件下植物能量感受器SnRK1复合体的催化亚基KIN10突变体kin10造成气孔指数降低，而KIN10的过表达材料KIN10-Ox表现为气孔指数升高。进一步研究表明，外源施加蔗糖可以促进KIN10蛋白质的翻译。同时，KIN10蛋白质具有在拟南芥表皮气孔发育进程细胞中特异的核定位现象，并且与气孔发育核心转录因子SPEECHLESS (SPCH)相互作用，磷酸化SPCH提高SPCH的蛋白稳定性，进而促进气孔发育。

        山东大学白明义教授课题组常年研究植物激素油菜素内脂调控植物适应性的分子机理研究，近期他们取得系列研究进展包括：油菜素内脂调控植物幼苗出土（Tian et al., 2018, Nature Communications; Wang et al., 2020, Plant Cell）；油菜素内脂调控气孔中碳水化合物含量调控气孔运动（Li et al., 2020, Plant Cell）。该最新发表的研究论文是白明义课题组研究油菜素内脂调控植物叶片碳水化合物代谢进而调控气孔发育的一部分。该工作的完成为解析油菜素内脂通过调控植物碳水化合物代谢调控气孔运动和发育来调控植物光合作用和环境适应性奠定了扎实的基础。

        山东大学为该工作的第一完成单位，山东大学的助理研究员韩超博士为该论文第一作者，浙江省农业科学院邓志平研究员，新加坡国立大学On Sun Lau教授以及比利时根特大学-弗兰德斯生物技术研究中心的Geert De Jaeger教授参与了该工作，山东大学的白明义教授为该论文的唯一通讯作者。该研究得到国家自然科学基金，山东省自然科学基金和山东大学自主创新基金和青年交叉创新群体项目的资助。