己糖激酶（HXK）是一种参与糖感应的糖磷酸化酶。最近的研究表明一年生番茄和拟南芥保卫细胞中HXK介导气孔关闭并协调光合作用和蒸腾作用。为了研究HXK在控制多年生植物气孔运动中的作用，我们在KST1（一种保卫细胞特异性启动子）下培育了表达拟南芥HXK1（AtHXK1）的柑橘类植物。利用GFP作为报告基因，已经证实KST1在柑橘植物保卫细胞中的表达。AtHXK1在柑橘保卫细胞中的表达降低了气孔导度和蒸腾作用，对光合作用速率没有负面影响，从而提高了水分利用效率。本文研究了光照强度和湿度对柑橘根系叶片气孔行为的影响。光合有效辐射的最佳强度和较低的湿度促进了表达AtHXK1的叶片的气孔关闭，支持糖在柑橘气孔调节中的作用。这些结果表明，HXK不仅在一年生植物中协调光合作用和蒸腾作用，而且在多年生植物中促进气孔关闭。
图1.AtHXK1在柑橘保卫细胞中的表达降低了气孔导度和蒸腾作用，对光合作用速率没有负面影响
GCHXK和WT植株通过将转基因或WT茎段嫁接到WT接穗上进行繁殖，并使用LI-COR 6400气体交换系统对嫁接植株进行分析。虽然净光合作用（AN）不受影响（图1C），但GCHXK植物的气孔导度（gs）和蒸腾作用降低（图1A、B），导致内在水分利用效率增加（WUEi；图D），计算为AN/gs的比率。在WT和GCHXK叶片之间未观察到气孔密度或叶面积比的差异，表明较低的气孔导度和蒸腾作用不能归因于叶片形态的变化。随着WUEi的增加，我们希望检查GCHXK植物的生长情况。GCHXK植物的生长似乎在几个月内略有增强（图2A）。为了避免破坏性的测量，我们测量了嫁接点上方的茎的周长（作为生长参数）。嫁接15个月后，GCHXK植株的茎明显变宽（图2B），表明GCHXK植株的生长增强。
图2.在柑橘类植物保卫细胞中表达AtHXK1可促进植物生长 图3.保卫细胞AtHXK1表达降低蒸腾速率
使用精确、灵敏的蒸渗仪系统对完整嫁接的GCHXK和WT植物进一步检查AtHXK1对蒸腾速率的影响。对一天中蒸腾速率的连续测量表明，GCHXK植物的单位叶面积蒸腾速率显著降低（图3A），而累积的全株单位叶面积日相对蒸腾速率（RDT）也相应降低（图3B）。GCHXK的蒸腾速率在一天中（上午9:00和下午3:00）显著降低（图3A），此时蒸腾量增加和更多的蔗糖被输送到保卫细胞。这些结果表明，HXK在一天中调节柑橘气孔孔径，刺激气孔关闭，可能是对糖水平的反应。
图4. WT和GCHXK叶片在不同光强下的蒸腾速率
HXK的气孔关闭效应被认为取决于通过光合作用产生的糖量。因此，气孔关闭和蒸腾作用可能会受到光照强度的影响。本文使用有根-叶系统来跟踪各种光强度下的蒸腾速率，并假设在最佳光强度水平下，GCHXK叶子的蒸腾速率可能低于WT叶子。 GCHXK和WT叶片的蒸腾速率通过全天连续称重在不同光强度（100、400、600 和 800 μmol/m2 .s）下进行测量。在一天中，每个光强度下的蒸腾速率保持相当一致（图4A-D），这可能是由于生长室内的恒定条件。在低光照强度（100 μmol/m2·s）下，GCHXK 生根叶的蒸腾速率略高于WT 生根叶，在800 μmol/m2·s强度时与WT相似。而在400 μmol/m2·s时，GCHXK生根叶片的蒸腾速率很小但显着低于WT叶片，在 600 μmol/m2·s 时，有根GCHXK的蒸腾速率是WT的一半（图4C），表明气孔孔径显着减少。每个光强度下的恒定蒸腾率使我们能够绘制平均蒸腾率与光强度（图4E）。 WT叶片的蒸腾速率受光照强度的影响显著，在低光照条件下非常低，峰值为600μmol/m2·s，而GCHXK叶片在不同光照强度下的蒸腾速率相对恒定，蒸腾速率为600 μmol/m2·s。这些结果表明，HXK 缓和了气孔对光强度的反应，甚至可能在低光强度下增加气孔开度。
