近日，广东省农科院农业生物基因研究中心与中国农科院生物技术研究所、美国伊利诺伊大学、德国马普分子植物生理研究所等单位合作，揭示了玉米葡萄糖转运蛋白CLOSED STOMATA1（CST1）介导调节气孔运动和光合作用的分子机制。相关研究成果于2019年4月27日在线发表于《Plant Cell》期刊。中国农科院生物技术研究所汪海副研究员与广东省农科院农业生物基因研究中心晏石娟副研究员为论文的第一作者。中国农科院生物技术研究所汪海副研究员，郎志宏研究员，美国伊利诺伊大学陈利清副教授为论文的通讯作者。
　　通过光合作用固定大气二氧化碳（CO2）对植物的生存至关重要。为了达到最佳的光合效率，植物可根据自身的碳代谢状态控制叶片的光合速率：当光合代谢产物不足时，植物会上调光合作用效率；而光合代谢产物过度积累时，则通过光同化物反馈调节抑制光合作用。气孔是CO2进入植物叶片的门户，气孔的开闭可以控制光合作用的速率。虽然碳代谢状态对气孔开闭和光合作用效率的调节是植物界的普遍现象，但是其分子机制尚不明确。该研究首次在玉米EMS诱变群体中鉴定到了一个闭孔突变体cst1（closed stomata1），并通过多组学技术和基因编辑技术，揭示了玉米葡萄糖转运蛋白CST1介导调节气孔运动和光合作用的分子机制。
　　光合作用是植物生长最重要的生理途径，对作物而言，作物的光合作用效率也是从源头上决定作物产量高低的关键因素。进一步理清气孔开闭与光合作用的调控途径，未来可以利用CST1及其他气孔运动控制基因的调控提升光合效率，可为提高作物产量提供一条新的思路。
　　该研究首次在玉米EMS诱变群体中鉴定到了一个闭孔突变体cst1（closed stomata1）。cst1突变体在灌浆期前和野生型玉米没有表型差异，但是在灌浆期表现出气孔关闭、叶片早衰、籽粒灌浆不足的表型。通过图位克隆和CRISPR / Cas9验证，代谢组与转录组结合分析等研究手段，证明cst1基因编码葡萄糖转运蛋白CST1，突变降低了该蛋白的寡聚化和葡萄糖转运活性，并发现cst1突变体中C4光合作用基因显著下调，碳饥饿标志基因和标志代谢物显著上调，这和气孔关闭的表型非常吻合。此外，研究还发现，CST1的表达受到碳饥饿的诱导和光合产物的抑制，揭示CST1在光合同化物反馈调节气孔运动中发挥关键作用。