《Plant Growth Regulation》：High expression of S-type anion channels optimizes stomatal dynamics for improved water conservation in Coix lacryma-jobi
编辑推荐：
本研究针对C4作物薏苡（Coix lacryma-jobi）气孔调控机制不清的科学问题，通过整合基因组学、蛋白结构模拟与生理实验，发现ClSLAC1和ClSLAH3的高表达可同步加速气孔开闭动力学并减小气孔孔径，显著提升植株水分利用效率，为抗旱作物设计提供了新靶点。
在气候变化加剧水资源短缺的背景下，提高作物抗旱性已成为全球粮食安全的核心挑战。植物通过气孔动态平衡CO2吸收与水分蒸腾，但C4作物的气孔调控分子机制尚不明确。薏苡作为一种营养丰富的C4作物，具有显著的耐旱性，但其内在机制未被揭示。本研究通过多学科手段解析了薏苡气孔快速运动的分子基础，为作物节水改良提供了新策略。
关键技术方法
研究采用薏苡品种‘浙7’为材料，通过系统进化分析鉴定SLAC/ALMT家族成员；利用qPCR和转录组数据比较基因表达模式；结合AlphaFold3预测蛋白三维结构；采用气体交换测量系统量化气孔导度动态；通过OnGuard模型模拟通道密度对气孔行为的影响；并通过离体叶片失水实验验证抗旱表型。
研究结果
1. 薏苡SLAC/ALMT通道的鉴定与表达特征
在薏苡基因组中鉴定出8个SLAC和9个ALMT基因，其中ClSLAC1和ClSLAH3在叶片中表达显著高于拟南芥同源基因。蛋白结构预测显示其与拟南芥同源物结构保守，且定位于保卫细胞质膜（图1c）。
2. 高表达SLAC通道优化气孔动态的模型预测
OnGuard模型模拟表明，提高SLAC通道密度可使气孔开闭动力学加速40%以上，同时稳态气孔孔径减小（图2a-c）。这一“加速-缩孔”协同效应有望在动态环境中优化水分利用效率。
3. 薏苡快速气孔响应的实验验证
气体交换测量显示，薏苡气孔关闭速度比拟南芥快57.75%， reopening速度提升41.06%（图3a-b）。显微观测进一步证实其光照下气孔孔径减小57.3%，而离体叶片失水速率显著降低（图3c-d），表明其水分保持能力增强。
结论与意义
本研究首次揭示薏苡通过ClSLAC1/ClSLAH3的高表达实现气孔动态优化，其机制兼具孔径减小和运动加速的双重优势。该策略使薏苡能在 fluctuating 环境中快速调整气孔开闭，最小化水分损失的同时维持碳同化效率，体现了C4植物应对干旱胁迫的适应性进化。研究成果不仅阐明了薏苡抗旱的分子基础，更为通过调控阴离子通道设计节水作物提供了理论依据。论文发表于《Plant Growth Regulation》，为作物抗逆育种提供了新思路。
