近日，我院生物技术研究所王宏芝研究员领导的研究团队在植物科学领域顶级期刊《The Plant Cell》上发表了题为《The transcription factor MYB156 controls the polar stiffening of guard cell walls in poplar》的研究论文。该研究用确凿的遗传学证据证实了保卫细胞极点区域细胞壁硬度的特异性增强对气孔功能至关重要，同时发现了杨树中控制这一特性的关键基因，转录因子MYB156。

气孔是叶片表面由一对保卫细胞形成的小孔，是水分蒸腾和二氧化碳进入植物体的门户通道。气孔运动是地球碳、水循环的重要组成部分，与植物水利用效率和农业生产效率密切相关。保卫细胞的细胞壁结构和特性是气孔运动的基础，保卫细胞壁提供的机械强度协同细胞膨压的作用，共同完成气孔的正常运动。然而保卫细胞壁结构特性如何影响气孔功能的研究尚不深入，保卫细胞的结构与功能之间的关系一直是一个悬而未决的谜团。传统观点认为内外细胞壁之间的厚度差异对气孔功能至关重要。但最近的研究推测气孔两端极点区域细胞壁机械强度的特异性增强是气孔运动的结构基础。然而，到目前为止，有关调控保卫细胞壁结构特性的基因尚未鉴定，保卫细胞细胞壁影响气孔运动的机制仍是一个谜团。上述的两种保卫细胞壁特性，哪一种对气孔功能起决定作用？是否可以通过基因工程的方法对保卫细胞壁的特性进行改造，进而提高保卫细胞的功能？

针对以上科学问题，研究组利用分子遗传学和生物物理学等方法，证实了保卫细胞极点区域细胞壁硬度的特异性增强对气孔功能至关重要，同时发现了杨树中控制这一特性的关键基因----转录因子MYB156，解析了其控制气孔运动的分子调控通路。杨树转录因子MYB156通过直接负调控果胶甲酯酶PME6的表达，改变保卫细胞壁极点区域果胶甲酯化程度和细胞壁硬度，进而调节气孔运动功能。与野生型相比，myb156突变体株系保卫细胞壁的两个极点区域细胞壁强度显著增加；气孔响应各种刺激因子的能力增强，运动幅度增加，水分胁迫条件下植物表现出明显的抗旱能力。MYB156过量表达降低了极点区域细胞壁强度，导致气孔运动能力受损。保卫细胞壁极点区域硬度加强在植物响应环境变化中发挥着重要作用。本研究为我们深入了解气孔运动过程中保卫细胞壁的作用机制提供了新的视角，并有望通过基因工程手段改良细胞壁特性，进而提高植物对干旱的耐受能力。

北京市农林科学院生物技术研究所郑林博士为论文第一作者，魏建华研究员和王宏芝研究员为论文共同通讯作者，生物所陈亚娟助理研究员、丁莉萍副研究员等参与了论文研究工作。该研究获得了国家自然科学基金、北京市农林科学院创新能力建设专项、北京市自然科学基金等项目的支持。

原文链接：

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koad198/7223413