會數數的保衛細胞！

之前曾經介紹過捕蠅草（Venus flytrap，Dionaea muscipula）會數數，最近有研究團隊發現，煙草的保衛細胞（guard cells）也會數數！

為什麼煙草的保衛細胞要數數呢？

先說結論：研究團隊發現，使用470奈米波長的藍光來刺激煙草的保衛細胞，只要照射4次、每次0.1秒，就可以讓氣孔關閉一半；而要讓氣孔完全關閉，需要照射12次。

為什麼要測試保衛細胞會不會數數？

其實，研究團隊本來是想要看，鈣離子信號（Ca²⁺）如何讓氣孔關閉。

氣孔的開（左）與關（右）。圖片取自維基百科

看到這裡，可能有些讀者會想：氣孔關閉，不就是因為缺水嗎？

不完全是。雖然中學的生物都說：當植物缺水時，因為表皮細胞的滲透壓上升，造成保衛細胞的水分向表皮細胞滲透，於是氣孔就關閉了。但是，這只是會造成氣孔關閉的機制之一，而且，是最沒有效率的一種。

這些年的研究已經發現，在植物還沒有缺水缺到會發生上一段所說的狀況之前，植物就會先把氣孔關閉了。這個現象稱為「水主動關閉」（hydroactive closure），與上面的「水被動關閉」（hydropassive closure）正好相對。

過去的研究發現，當植物開始缺水時，就會分泌離層酸（ABA）；然後離層酸會讓保衛細胞中的鈣離子濃度上升，造成保衛細胞的S型陰離子通道（如阿拉伯芥的SLAC1或煙草的SLAH3）活化。接著陰離子通道打開，氯離子從裡面流出細胞...最後保衛細胞內的溶質濃度降低，於是水分就流出細胞，然後保衛細胞癟了（失去膨壓）、氣孔關閉。

在這整個流程中，讓德國的研究團隊最感到好奇的是：植物到底對鈣離子有多敏感？

原本這是很不容易觀察的，但是最近有另一個研究團隊從衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）中找到了一個光敏感蛋白ChR2，並將它以基因工程改造過，讓它成為一個受藍光刺激就會讓鈣離子流入細胞的通道ChR2-XXM2.0，這時只要合併使用螢光鈣離子指示劑R-GECO1就可以直接觀察細胞內鈣離子的濃度變化了！

所以，研究團隊就把這個光啟通道放進保衛細胞中，然後就開始進行測試啦！他們使用了470奈米波長的藍光，照射0.1秒、1秒或10秒，結果發現，只要用1.8 mW/mm²強度的藍光照射0.1秒，就可看到氣孔關閉。

不過，這樣強度的「閃光」，只能讓氣孔關10%；於是研究團隊測試到底要「放閃」幾次，煙草的氣孔才會緊緊閉上，大喊「去死」（誤）。

結果發現，當每次閃光的間隔相差30秒時（好像跟情人節被閃的頻率差不多XD），閃三次氣孔可以關閉三分之一、閃六次關閉83%、閃12次才會完全關閉...感覺保衛細胞好像還蠻皮的？不過，平均來說，大概要閃4下才會讓氣孔關一半。

研究團隊也測試了提高放閃的頻率到15秒一次、或降低放閃的頻率到60秒一次，結果發現提高放閃的頻率並不會讓氣孔更快關閉，而降低放閃的頻率，倒是讓氣孔更慢才關上。

所以，氣孔的確是會數數（12次），但是氣孔也是會感覺疲勞，所以提高放閃頻率並不會讓氣孔更快關閉。這好像跟我們在情人節晚上一直被閃也差不多？一開始會覺得要瞎了，但是多閃幾下就比較皮了...哈！

參考文獻：

Shouguang Huang, M. Rob G. Roelfsema, Matthew Gilliham, Alistair M. Hetherington, Rainer Hedrich. Guard cells count the number of unitary cytosolic Ca2+ signals to regulate stomatal dynamics. Current Biology, 2024; DOI: 10.1016/j.cub.2024.07.086