Skift af vagt – forskning kaster lys over, hvordan planter ånder

I planternes verden dikterer et molekylært tovtrækkeri, når porer kendt som stomata åbnes for at tillade de vigtige processer med fotosyntese og transpiration - og hvornår de lukker for at forhindre vandtab. Nu viser ny forskning fra Carnegies Wolf Frommer og kolleger, at stomataens "molekylære switch" er en delikat balance mellem kræfter, der reguleres af svovlbrintegas.

"Ved at forstå præcist, hvordan planter kontrollerer åbningen og lukningen af ​​deres stomata, kan vi potentielt udvikle mere effektive vandforbrugsstrategier til at modstå stadig mere uregelmæssige klimatiske forhold," forklarede Frommer.

Forskningen er offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences. Stomata er små gatekeeper-porer, der findes i blade og stængler, der tillader kuldioxid at komme ind og vanddamp at komme ud under fotosyntese og transpiration. Forståelse af de molekylære mekanismer, der ligger til grund for deres regulering, giver indsigt i planters evne til at tolerere miljøbelastninger, såsom tørke og højt saltindhold, og kunne give forskere mulighed for at udvikle afgrøder med forbedret vandforbrugseffektivitet.

I årtier har forskere vidst, at plantehormonet abscisinsyre (ABA) udløser lukning af stomata som reaktion på tørke eller andre belastninger. ABA blev tidligere antaget at virke udelukkende på et molekyle kendt som den "langsomme anionkanal" (SLAH3) ved stomata for at begrænse vandtab.

En undersøgelse fra 2018 fra Frommers team vendte imidlertid op og ned på den langvarige forståelse af ABA-signalering. De opdagede, at SLAH3 ikke er direkte ansvarlig for stomatale bevægelser, men snarere regulerer produktionen af ​​hydrogensulfidgas, som igen udløser åbningen af ​​stomata.

Deres seneste undersøgelse bygger på dette fund og afslører det komplette billede af, hvordan hydrogensulfid er involveret i stomatale bevægelser, og hvordan det interagerer med ABA-signalering. Ved at bruge en kombination af fysiologiske, biokemiske og molekylære teknikker fandt holdet, at ABA hæmmer SLAH3-kanalaktivitet, hvilket øger hydrogensulfidproduktionen og fremmer stomatal åbning. På den anden side, i fravær af ABA eller under forhold, der nedbryder hydrogensulfidniveauer, lukkes stomata.

"Vores undersøgelse fastslår hydrogensulfid som et nøglemolekyle, der medierer den indviklede koordination af stomatale bevægelser med andre miljømæssige signaler og forhold, hvilket giver en molekylær mekanisme, som planter bruger til at integrere eksterne stimuli med deres indre fysiologi," konkluderede Frommer.

Resultaterne kan have implikationer for planteavl og ingeniørstrategier, der sigter mod at forbedre afgrødens ydeevne under forskellige miljøforhold, herunder tørke og højt saltindhold.