气孔是植物与外界环境进行气体交换的主要门户,其发育和功能的异常对植物的生长和生存的影响十分显著。气孔张开过程中,脂滴中所存储的三酰甘油通过脂解途径用于合成ATP进行供能,但是相应的信号转导途径及其调控机制和作用元件均不是很清楚。Rab GTPase是一类特异调控真核细胞囊泡运输、信号转导、脂质代谢等关键生理活动的小G蛋白,广泛参与调节植物生长发育和逆境胁迫响应等过程。通过对遗传突变体的筛选和鉴定,我们发现拟南芥Rab家族成员LDS1(Lipid Droplet and Stomata 1)的功能缺失会导致保卫细胞中的脂滴增大,造成拟南芥气孔发育和气运动功能异常。在本研究中,我们通过基因克隆、等位基因测试、构建转基因植物和脂质定量等手段,努力解析LDS1的功能机制,取得的主要发现如下:1、LDS1的功能缺失导致拟南芥部分保卫细胞萎缩、气孔器紧闭,但不影响气孔密度与气孔指数。进一步对lds1-1突变体气孔运动功能进行检测,发现在光照和低浓度二氧化碳等诱导气孔开放的条件下气孔导度显著小于野生型,突变体中异常的气孔对于光照和壳梭孢菌素诱导的气孔打开反应不敏感。2、LDS1的功能缺失还导致了萎缩的保卫细胞中脂滴的异常积累,但铺列细胞、根尖、花粉、种子中的脂滴大小和含量均未出现异常;比较突变体和野生型保卫细胞、叶片和种子中甘油三酯含量,结果发现仅在保卫细胞中出现甘油三酯含量增多的表型。3、利用图位克隆和第二代测序技术发现lds1突变位于一个Rab蛋白编码基因LDS1中,于是购买了LDS1基因的T-DNA插入失活突变体,鉴定发现该突变体也出现气孔器萎缩的表型。将野生型LDS1基因以烟草花叶病毒35S启动子和LDS1自身启动子驱动转入突变体中均可以回复所观察到的异常表型。等位基因测试进一步确认了LDS1基因的功能突变是造成突变体气孔运动和脂滴积累异常的原因。4、利用GUS染色观察和半定量PCR检测分析了LDS1的表达模式,结果发现LDS1基因泛表达于不同组织及其不同的发育时期。在野生型拟南芥中过量表达LDS1基因并不导致气孔运动及脂滴代谢的异常。5、通过系统进化分析发现,LDS1同源蛋白在真核生物中广泛存在,且序列高度保守。异源表达地钱、小立碗藓、卷柏中的同源序列均可以回复lds1-1突变体的缺陷表型,表明LDS1基因在功能上具有跨物种保守性。