Guard Cell Signal Transduction Network: Advances in Understanding Abscisic Acid, CO2, and Ca2+ Signaling

Resumo

Os poros estomáticos são formados por pares de células-guarda epidérmicas especializadas, e servem como porta de entrada principal para o influxo de CO(2) da atmosfera para as plantas e para a perda de água por transpiração das plantas. Como elas regulam as aberturas dos poros estomáticos por meio da integração de estímulos hormonais endógenos e sinais ambientais, as células-guarda foram altamente desenvolvidas como um sistema modelo para dissecar a dinâmica e os mecanismos de sinalização das células vegetais. O hormônio do estresse ABA e os níveis elevados de CO(2) ativam vias de sinalização complexas nas células-guarda que são mediadas por quinases/fosfatases, mensageiros secundários e regulação de canais de íons. Pesquisas recentes em células-guarda levaram a uma nova hipótese de como as plantas atingem a especificidade na sinalização de cálcio intracelular: O CO(2) e o ABA aumentam a sensibilidade ao cálcio dos mecanismos de sinalização de cálcio a jusante. O progresso recente na identificação dos primeiros componentes de sinalização estomática é analisado aqui, incluindo os receptores de ABA e as proteínas de resposta de ligação ao CO(2), bem como as abordagens de sistemas que aumentam nossa compreensão dos mecanismos de sinalização das células-guarda.

Abstract

Stomatal pores are formed by pairs of specialized epidermal guard cells and serve as major gateways for both CO(2) influx into plants from the atmosphere and transpirational water loss of plants. Because they regulate stomatal pore apertures via integration of both endogenous hormonal stimuli and environmental signals, guard cells have been highly developed as a model system to dissect the dynamics and mechanisms of plant-cell signaling. The stress hormone ABA and elevated levels of CO(2) activate complex signaling pathways in guard cells that are mediated by kinases/phosphatases, secondary messengers, and ion channel regulation. Recent research in guard cells has led to a new hypothesis for how plants achieve specificity in intracellular calcium signaling: CO(2) and ABA enhance (prime) the calcium sensitivity of downstream calcium-signaling mechanisms. Recent progress in identification of early stomatal signaling components are reviewed here, including ABA receptors and CO(2)-binding response proteins, as well as systems approaches that advance our understanding of guard cell-signaling mechanisms.