Ny mekanism bakom hur växter läser av koldioxidhalt
Ökande koldioxidhalter i atmosfären stänger specifika klyvöppningar i växters blad, vilket påverkar växters koldioxidupptag och vattenutnyttjande globalt då utbytet av gaser mellan växter och atmosfären sker just genom klyvöppningar. De koldioxidbindande proteiner som förmedlar denna respons och i vilken celltyp detta sker har i stort varit okänt. En studie som publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nature Cell Biology visar nu att karbanhydraserna CA1 och CA4 i växten backtrav utgör ett mellanled i hur den relativa koldioxidhalten styr klyvöppningar mellan öppet och stängt läge.
Gasutbytet mellan växter och atmosfären sker genom formbara klyvöppningar, så kallade stomata, i växters blad, vilka bildas och omges av slutceller-par. Förändringar i slutcellernas tryck styr stomatas rörelser och balanserar koldioxidupptag till fotosyntes mot vattenförlust.
Karbanhydras är ett enzym som katalyserar koldioxidens lösning i vatten till bikarbonat och väte.
– När karbanhydrasen CA1 och CA4 saknas i växten backtrav (Arabidopsis thaliana) leder det till begränsade koldioxidframkallade stomatarörelser. Dock bibehålls funktionella klyvöppningsresponser till andra stimuli, berättar Maria Israelsson Nordström, Botaniska institutionen, Stockholms universitet.
Elektrofysiologiska experiment visar att bikarbonat överför signalen till nedströms jonkanal-aktivering, vilket är en förutsättning för tryckförändringar i slutcellerna. Tack vare CAs roll vid avläsning av koldioxidhalt kan växter med förbättrat vattenutnyttjande erhållas genom att öka halten av karbanhydrasenzym specifikt i slutceller.
– Bättre kunskap om denna process skulle i förlängningen kunna användas i utformandet av framtida grödor med förbättrat vattenutnyttjande eller värmetålighet, berättar Maria Israelsson Nordström.
Studien är utförd i Julian I Schroeders laboratorie vid University of California, San Diego i USA. Maria Israelsson Nordströms del i detta arbete utfördes under hennes Formas-finansierade postdoktors-vistelse vid nämnda forskargrupp. Hon är nu verksam som forskarassistent vid Botaniska institutionen, Stockholms universitet där några kompletterande studier till arbetet utfördes. Hennes nuvarande forskning fortsätter att belysa koldioxidinducerad signaltransduktion i växters slutceller.
Artikelns namn: ”Carbonic anhydrases are upstream regulators of CO2-controlled stomatal movements in guard cells”, publicerad online den 13 december i Nature Cell Biology.
Kontaktinformation
Ytterligare information
Maria Israelsson Nordström, Botaniska institutionen, Stockholms universitet, mobil 0730480156, e-post maria.israelsson@botan.su.se