會數數的保衛細胞!

會數數的保衛細胞!

更新於 發佈於 閱讀時間約 4 分鐘

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。



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


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