グルコースはSTPトランスポーターを介してガード細胞に取り込まれ、気孔の開きと植物の成長に炭素源を提供します

Glucose uptake to guard cells via STP transporters provides carbon sources for stomatal opening and plant growth.

• Sabrina Flütsch
• Arianna Nigro
• Franco Conci
• Jiří Fajkus
• Matthias Thalmann
• Martin Trtílek
• Klára Panzarová
• Diana Santelia

抄録

葉の表皮にあるガード細胞は、植物と大気との間のガス交換のために気孔開口を調節し、光合成と蒸散のバランスをとることができる。ガード細胞がシンク組織のいくつかの特徴を持っていることを考えると、その代謝活動はメソフィル由来の糖に大きく依存していると考えられる。初期の生化学的研究では、ガード細胞への糖の取り込みが明らかになっている。しかし、どのようなトランスポーターが関与しているのか、またガード細胞の機能にどのように寄与しているのかについては、まだ明らかになっていない。本研究では、シロイヌナズナのガード細胞において、単糖/プロトンシンポーターである糖輸送タンパク質1と4（STP1とSTP4）を主要な細胞膜ヘキソース糖輸送体として同定した。また、これらの複合的な作用が、植物の成長に不可欠なデンプン蓄積と光誘起開孔のための炭素源を提供し、ガード細胞へのグルコース輸入に必要であることを明らかにした。これらの知見は、メソフィル由来のグルコースが、気孔運動と光合成を結びつける重要な代謝物であることを明らかにした。

Guard cells on the leaf epidermis regulate stomatal opening for gas exchange between plants and the atmosphere, allowing a balance between photosynthesis and transpiration. Given that guard cells possess several characteristics of sink tissues, their metabolic activities should largely depend on mesophyll-derived sugars. Early biochemical studies revealed sugar uptake into guard cells. However, the transporters that are involved and their relative contribution to guard cell function are not yet known. Here, we identified the monosaccharide/proton symporters Sugar Transport Protein 1 and 4 (STP1 and STP4) as the major plasma membrane hexose sugar transporters in the guard cells of Arabidopsis thaliana. We show that their combined action is required for glucose import to guard cells, providing carbon sources for starch accumulation and light-induced stomatal opening that are essential for plant growth. These findings highlight mesophyll-derived glucose as an important metabolite connecting stomatal movements with photosynthesis.

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