国立先进产业技术综合研究所［理事长中钵良二］（以下简称“AIST”）生物过程研究部［研究主任田村智博］植物功能控制研究组高木胜客座研究员（兼）埼玉大学研究生院理工学研究科教授永利由香里原AIST特别研究员（现国家研究开发机构）日本农林水产国际研究中心（研究员）等国立大学法人农林水产国际研究中心（院长岩永正）（以下简称“JIRCAS”）、国立大学法人埼玉大学（院长山口宏树）（以下简称“埼玉大学”）、国立环境研究所、国立大学法人名古屋大学、国立大学法人冈山大学、国立大学法人与理化学研究所合作在植物叶子表面发现的气孔的关闭程度臭氧我成功地增强了我的抵抗力。
近年来，空气污染对农作物和森林造成了严重损害。这次，我们将控制植物叶绿体的发育转录因子（GLK1、GLK2 转录因子)嵌合体抑制子在植物中表达后，它们对空气污染物臭氧的耐受性显着提高。在表达该转录因子的嵌合阻遏物的植物中，气孔趋于关闭，并且发现GLK1和GLK2转录因子影响涉及气孔打开和关闭的因子。如果这些转录因子能够用于适当调节气孔关闭，则有望有助于开发能够抵抗空气污染和干旱等环境胁迫的作物。
该研究成果详情于2016年3月28日（美国东部时间）发表于美国科学期刊美国国家科学院院刊
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| GLK1SRDX 转化的拟南芥对高浓度臭氧具有抗性（左图）和 GLK1OX 转化的拟南芥对高浓度臭氧敏感（右图） |
当前，空气污染正在全球范围内蔓延。近地表臭氧是空气污染物之一，也是光化学烟雾的主要成分。高浓度的臭氧不仅危害我们的健康，还会对植物造成严重损害，包括森林衰退和农作物产量降低。预计臭氧浓度将持续上升，作为对策，有望了解植物对臭氧的反应机制，并开发提高农产品耐臭氧能力的技术。
产业技术研究院和埼玉大学一直在进行植物转录因子的研究，以有效利用植物固有的功能，解决环境和食品问题。迄今为止，我们已经开发出自主研发的植物基因表达抑制技术``CRES-T 方法（CRESTI 方法）''已被用来阐明转录因子在模型和实际植物中的功能并开发利用技术。 CRES-T 方法已被证明可用于赋予实用植物抗逆性和形态修饰，包括培育耐盐水稻和培育开花玫瑰的仙客来。 JIRCAS在阐明应对环境胁迫的信号转导途径和开发抗性作物的研究方面也取得了突出的成果。
这次，两位研究人员利用CRES-T方法鉴定了一种能够提高植物耐臭氧性的新型转录因子，并阐明了其机制。
当高浓度的臭氧进入植物体内时，会对叶子造成损害。这种臭氧引起的叶片损伤是严重的臭氧损伤之一，它会影响叶类蔬菜的品质，阻碍生长，并因光合能力下降而降低产量。因此，我们试图寻找提高臭氧耐受性（减少叶子损伤）的转录因子。对于实验，拟南芥，我们使用CRES-T方法表达了嵌合阻遏物，抑制了每个转录因子的功能转化体被使用了。将大约30,000种转化拟南芥暴露于高浓度臭氧，并选择对臭氧有抵抗力的植物。其中，我们确定了显着影响臭氧耐受性的转录因子 GLK1 和 GLK2。表达 GLK1 和 GLK2 嵌合阻遏物（GLK1SRDX、GLK2SRDX）的拟南芥植物即使暴露于 03 ppm 高浓度臭氧 7 小时，其叶子也没有表现出臭氧引起的损伤，显示出对臭氧的耐受性。还发现这种拟南芥植物的叶面温度较高（即蒸腾作用较低），气孔稍为闭合（图1）。气孔是植物叶子表面的小孔，起着吸收光合作用所需的二氧化碳和调节体内水分等作用。另一方面，它也参与吸收对植物有害的空气污染物。表达 GLK1 和 GLK2 嵌合阻遏物（GLK1SRDX、GLK2SRDX）的拟南芥植物被认为表现出臭氧耐受性，因为它们的气孔倾向于关闭并且臭氧吸收减少。相反，GLK1 和 GLK2 功能增强的拟南芥植物（GLK1OX、GLK2OX）被发现具有更开放的气孔，使它们更容易受到臭氧的影响。也有研究表明，通过适当调节气孔关闭程度可以提高农作物的产量，GLK1和GLK2的实用性有希望。
尽管已知GLK1和GLK2参与叶绿体的发育，但它们对气孔打开和关闭的参与尚不清楚。详细分析表明，在表达GLK1嵌合阻遏物的拟南芥（GLK1SRDX）中，它是打开气孔所必需的因子之一内向整流钾通道的基因表达和活性此外，仅在调节气孔关闭的细胞（保卫细胞）中表达GLK1嵌合阻遏物（GLK1SRDX）的拟南芥植物的臭氧耐受性也得到改善。这些结果表明转录因子GLK1和GLK2也影响气孔开闭相关基因的表达。由于CRES-T方法也可用于多种实际植物，因此人们认为这些技术可能能够赋予作物对空气污染物的耐受性。
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| 图1 GLK1SRDX引入的叶温高、蒸腾量低的拟南芥 |
气孔参与空气污染物的吸收和体内水分的流失，同时也参与光合作用和生长。未来，我们希望开发一种技术，通过在受到臭氧或干旱等胁迫时仅在保卫细胞中表达嵌合GLK1阻遏蛋白（GLK1SRDX），并适当调节气孔关闭程度，从而开发出更高生产力的作物。