植物の表皮には気孔が数多く存在し、植物はこの孔を通して光合成に必要な二酸化炭素を取り込み、また、蒸散や酸素の放出など、大気とのガス交換を行っている。一つの気孔は一対の孔辺細胞により構成され、太陽光に含まれる青色光に応答して開口する。一方、気孔は、周囲の暗さや乾燥ストレスに応答して生合成される植物ホルモン・アブシジン酸に応答して閉鎖する(図1)。孔辺細胞に青色光が当たると、光受容体であるフォトトロピンが活性化し、細胞内でその情報が伝わることにより細胞膜プロトンポンプが活性化され、その後、孔辺細胞内にカリウムイオンが取り込まれることで最終的に気孔が開口する(図2)。細胞膜プロトンポンプの活性化は、気孔開口の駆動力を生み出す重要な反応であるが、青色光がどのようにプロトンポンプを活性化するのか、細胞内でその情報が伝わる機構の詳細は完全には明らかになっていない。

図1 気孔の開閉運動とその役割
気孔は光(青色)によって開口する一方、周囲の暗さや、乾燥ストレスにより生合成される植物ホルモン・アブシジン酸(ABA)に応答して閉鎖する。気孔は、光合成に必要な二酸化炭素の唯一の取り込み口としてはたらく。

図2 青色光による気孔開口のシグナル伝達
青色光は、フォトトロピンに受容され、細胞膜プロトンポンプを活性化し、カリウムイオン(K+)取り込みを誘導する。これにより、浸透圧が上昇し、水が取り込まれ、孔辺細胞の体積が増加することで気孔が開口する。本研究ではBITCが細胞膜プロトンポンプの直接的なリン酸化とそれに伴う活性化を抑制することを明らかにした。BLUS1、BHPとPP1はシグナル伝達に関わると考えられているシグナル伝達因子。