近日，廣東省農科院農業生物基因研究中心與中國農科院生物技術研究所、美國伊利諾伊大學、德國馬普分子植物生理研究所等單位合作，揭示了玉米葡萄糖轉運蛋白CLOSED STOMATA1（CST1）介導調節氣孔運動和光合作用的分子機製。相關研究成果於2019年4月27日在線發表於《Plant Cell》期刊。中國農科院生物技術研究所汪海副研究員與廣東省農科院農業生物基因研究中心晏石娟副研究員為論文的第一作者。中國農科院生物技術研究所汪海副研究員，郎誌宏研究員，美國伊利諾伊大學陳利清副教授為論文的通訊作者。
　　通過光合作用固定大氣二氧化碳（CO2）對植物的生存至關重要。為了達到最佳的光合效率，植物可根據自身的碳代謝狀態控製葉片的光合速率：當光合代謝產物不足時，植物會上調光合作用效率；而光合代謝產物過度積累時，則通過光同化物反饋調節抑製光合作用。氣孔是CO2進入植物葉片的門戶，氣孔的開閉可以控製光合作用的速率。雖然碳代謝狀態對氣孔開閉和光合作用效率的調節是植物界的普遍現象，但是其分子機製尚不明確。該研究首次在玉米EMS誘變群體中鑒定到了一個閉孔突變體cst1（closed stomata1），並通過多組學技術和基因編輯技術，揭示了玉米葡萄糖轉運蛋白CST1介導調節氣孔運動和光合作用的分子機製。
　　光合作用是植物生長最重要的生理途徑，對作物而言，作物的光合作用效率也是從源頭上決定作物產量高低的關鍵因素。進一步理清氣孔開閉與光合作用的調控途徑，未來可以利用CST1及其他氣孔運動控製基因的調控提升光合效率，可為提高作物產量提供一條新的思路。
　　該研究首次在玉米EMS誘變群體中鑒定到了一個閉孔突變體cst1（closed stomata1）。cst1突變體在灌漿期前和野生型玉米沒有表型差異，但是在灌漿期表現出氣孔關閉、葉片早衰、籽粒灌漿不足的表型。通過圖位克隆和CRISPR / Cas9驗證，代謝組與轉錄組結合分析等研究手段，證明cst1基因編碼葡萄糖轉運蛋白CST1，突變降低了該蛋白的寡聚化和葡萄糖轉運活性，並發現cst1突變體中C4光合作用基因顯著下調，碳饑餓標誌基因和標誌代謝物顯著上調，這和氣孔關閉的表型非常吻合。此外，研究還發現，CST1的表達受到碳饑餓的誘導和光合產物的抑製，揭示CST1在光合同化物反饋調節氣孔運動中發揮關鍵作用。