Masaru Ohme-Takagi（埼玉大学研究生院理工学研究科特邀高级研究员、教授）、Yukari Nagatoshi（前 AIST 博士后研究员、现日本国际农业科学研究中心研究员）等人、植物基因调控研究组、生物生产研究所（所长：田村智宏）、米乐m6官方网站（AIST；所长： Ryoji Chubachi）与日本国际农业科学研究中心（JIRCAS；主席：Masa Iwanaga）、埼玉大学（主席：Hiroki Yamaguchi）、国立环境研究所、名古屋大学、冈山大学和理化学研究所合作，成功地通过调整植物叶子上气孔的开口来增强植物的耐臭氧性。

近年来，大气污染对农作物和森林造成了广泛的破坏。研究人员发现，表达控制植物叶绿体发育的转录因子（转录因子GLK1和GLK2）的嵌合阻遏物可显着提高对臭氧（一种大气污染物）的抵抗力。在表达这些转录因子的嵌合阻遏物的植物中，研究人员发现气孔轻微关闭，并且转录因子GLK1和GLK2影响与气孔运动相关的因子。预计如果能够利用这些转录因子适当调节气孔孔径，将有助于培育能够耐受大气污染和干旱等环境胁迫的作物。

详细结果将发表在美国科学期刊上，美国国家科学院院刊，2016 年 3 月 28 日（东部标准时间）。

GLK1SRDX 已转换拟南芥表现出对高浓度臭氧的耐受性（左） 和 GLK1OX 转换拟南芥对高浓度臭氧过敏（右）。

大气污染正在全球范围内加剧。近地表臭氧是一种空气污染物，也是光化学烟雾的主要成分。高浓度的臭氧不仅损害我们的健康，而且对植物造成巨大损害，导致森林面积减少、农作物减产。据预测，臭氧浓度将继续增加，因此人们期望能够开发出了解植物对臭氧的反应机制和提高农作物抗臭氧性的技术。

AIST和埼玉大学对植物的转录因子进行了研究，以有效地利用植物原有的功能，以解决环境问题和食品问题。迄今为止，两个组织利用AIST独创的基因沉默技术“CRES-T法”，在模式植物和商业植物中的转录因子的功能分析和可用技术开发方面取得了成果。研究还表明，CRES-T方法可用于赋予商业植物抗逆性和改变其形态，例如生产耐盐水稻和多瓣仙客来。 JIRCAS在环境胁迫响应信号通路分析和耐受作物开发方面取得了突出成果。

双方利用CRES-T方法鉴定了提高植物耐臭氧性的新转录因子，并分析了其作用机制。

当高浓度臭氧被植物吸收时，会导致叶子枯萎。臭氧引起的叶子枯萎会导致叶类蔬菜品质恶化，以及与光合能力下降相关的生长抑制和产量损失，使其成为一种严重的臭氧损害。因此，研究人员试图寻找能够提高耐臭氧性（减少叶子枯萎）的转录因子。使用CRES-T方法，他们制备了拟南芥表达嵌合阻遏物，抑制约 1,500 个转录因子的功能。约 30,000 人发生转变拟南芥暴露于高浓度臭氧，研究人员选择了耐臭氧植物。他们从这些植物中鉴定出转录因子 GLK1 和 GLK2，它们显着影响臭氧耐受性。拟南芥表达GLK1或GLK2的嵌合阻遏物（GLK1SRDX或GLK2SRDX）即使暴露于高浓度臭氧（03 ppm）7小时也没有表现出因臭氧引起的叶子衰竭，表明臭氧耐受性。此外，还发现拟南芥（图1）。气孔是植物叶子表面的小孔，在吸收植物体内光合作用和水分调节所需的二氧化碳方面发挥着重要作用。气孔还参与吸收对植物有害的空气污染物。在拟南芥表达GLK1或GLK2的嵌合阻遏物(GLK1SRDX或GLK2SRDX)，据认为转化体通过气孔稍微关闭而表现出臭氧耐受性，从而减少了臭氧吸收。离线，在拟南芥增强的 GLK1 和 GLK2 功能（GLK1OX 和 GLK2OX）后，发现气孔稍微打开，使其对臭氧的抵抗力减弱。这些表明，通过适当调节气孔孔径，可以提高农作物的产量，因此GLK1和GLK2预计会有用。

迄今为止，已知GLK1和GLK2参与叶绿体的发育，但它们参与气孔运动尚不清楚。通过详细分析，研究人员发现拟南芥表达GLK1嵌合阻遏蛋白(GLK1SRDX)，基因表达和内向整流钾通道活性降低，而内向整流钾通道是打开气孔的必要因子。此外，耐臭氧性也得到了改善拟南芥仅在调节气孔孔径的细胞（保卫细胞）中表达 GLK1 嵌合阻遏蛋白 (GLK1SRDX)。根据这些事实，发现转录因子GLK1和GLK2也影响与气孔运动相关的基因的表达。 CRES-T 方法也适用于各种商业植物，因此有可能使用这些技术赋予作物抗空气污染物的能力。

图 1：GLK1SRDX 转换后拟南芥，叶面温度高，蒸腾速率低

气孔参与植物体内空气污染物的吸收和水分流失，同时也参与光合作用活动和生长。未来，研究人员的目标是通过仅当植物受到臭氧或干旱等胁迫时控制和表达保卫细胞中的GLK1嵌合阻遏物（GLK1SRDX），以适当调整气孔孔径，从而开发出更高产的植物。