科学家们报告说气孔由于一种叫做MUTE的基因而使植物毛孔生命出现

植物知道如何做一个巧妙的技巧。通过光合作用，他们利用阳光和二氧化碳来制造食物，将我们呼吸的氧气作为副产品排出。这种进化创新对植物身份至关重要，几乎所有陆地植物都使用相同的气孔 - 称为气孔- 吸收二氧化碳并释放氧气。

气孔微小，微观，对光合作用至关重要。成千上万的点缀在植物的表面。了解气孔如何成为理解植物如何生长和生产生物量的关键基本信息。

在5月7日发表在“发育细胞”杂志上的一篇论文中，华盛顿大学领导的团队描述了细微的细胞交响乐，它产生微小的功能性气孔。科学家们发现，植物中的一种基因MUTE可以协调气孔的发育。MUTE指导其他基因的活动，这些基因告诉细胞何时分裂而不是分裂 - 就像指挥告诉音乐家何时播放以及何时保持沉默一样。

“MUTE基因是气孔发育的主要调节因子，”资深作者Keiko Torii说，他是霍华德休斯医学研究所的生物学和生物学教授。“MUTE通过启动单轮细胞分裂对气孔的正确形成进行精确控制 -正好在气孔发育的前体细胞中进行。”

气孔类似于甜甜圈 - 一个圆孔，中间有一个洞，供气体进入或离开植物。孔由两个细胞组成 - 每个细胞称为保卫细胞。它们可以膨胀或收缩以打开或关闭孔隙，这对于调节光合作用的气体交换以及组织中的水分含量是至关重要的。

“如果植物不能制造气孔，它们就不可行 - 它们不能'呼吸'，”日本名古屋大学教授都灵说。

Torii和她的团队研究了拟南芥(Arabidopsis thaliana)中气孔形成的基因，这是一种小杂草，是地球上研究最广泛的植物之一。Torii团队和其他研究人员过去的研究表明，在拟南芥中，MUTE在气孔形成中起着重要作用。MUTE基因编码可以控制其他植物基因的“开”或“关”状态的细胞蛋白质的说明书。

研究人员创造了一种拟南芥株，可以人工产生大量的MUTE蛋白，因此他们可以很容易地识别MUTE蛋白打开或关闭的基因。他们发现许多活化基因控制细胞分裂 - 这一过程对气孔发育至关重要。

在拟南芥中，如在几乎所有植物中一样，气孔由称为保卫母细胞或GMC的前体细胞形成。为了形成气孔的工作气孔 - 一个GMC分裂一次以产生配对的保卫细胞。由于他们的数据显示MUTE蛋白转换调节细胞分裂的基因，Torii和她的团队想知道MUTE是否是激活这一轮细胞分裂的基因。如果是这样，那就必须是一个受到严格监管的过程。遗传程序必须在GMC中打开细胞分裂，然后快速将其快速切换回来以确保仅发生一轮分裂。

Torii的团队表明，MUTE蛋白激活其DNA的基因之一是CYCD5; 1是导致GMC分裂的基因。研究人员还发现，MUTE蛋白可以转化为两种基因，即FAMA和FOUR LIPS。这是一个重要的发现，因为虽然CYCD5; 1开启GMC的细胞分裂，但FAMA和FOUR LIPS关闭或抑制细胞分裂程序。

“我们的实验表明，MUTE正在开启细胞分裂激活因子和细胞分裂抑制因子，这似乎违反直觉 - 它为什么会同时进行?”托里说。“这使我们对了解GMC和气孔中这些基因的时间调节非常感兴趣。”

通过精确的实验，他们收集了关于这些细胞分裂激活剂和阻遏物的MUTE活化时间的数据。他们将这些信息纳入数学模型，模拟了MUTE如何激活和抑制GMC中的细胞分裂。首先，MUTE打开激活剂CYCD5; 1 - 触发一轮细胞分裂。然后，FAMA和FOUR LIPS起到防止进一步细胞分裂的作用，产生一个由两个保卫细胞组成的功能性气孔。

“就像领奖台上的指挥一样，MUTE似乎发出了它的目标基因的信号- 其中每个都有特定的，甚至相反的部分可以在随后的部分中发挥作用，”Torii说。“结果是一个紧密耦合的激活和抑制序列，产生了陆地植物上最古老的结构之一。”