在全球变暖的情况下，在保持产量的同时提高作物的水分利用效率至关重要。然而，实现这种平衡是具有挑战性的，因为通过气孔减少水分流失的同时也会阻碍二氧化碳的吸收，损害植物的生长。近日，Mallikarjuna R. Puli 等在国际知名期刊《PNAS》上在线发表题为“Null mutants of a tomato Rho of plants exhibit enhanced water use efficiency without a penalty to yield”的研究论文。该研究发现，在温室和大规模田间试验中，敲除ROP9的番茄突变体表现出更强的水分利用效率，但不影响产量。ROP9调节活性氧的形成，它在rop9突变体中的缺失导致气孔ROS水平升高和气孔关闭增加。ROP可能是提高作物水分利用效率的目标。首先，该研究利用CRISPR/Cas9获得了SlROP9敲除番茄突变体，与野生型相比，rop9突变体表现出蒸腾速率、气孔导度和气孔孔径降低，光合CO2同化效率相当，瞬时水分利用显著提高的特点（图1）。而rop9突变体的气孔关闭增加是通过增加保卫细胞ROS水平介导的，而这很可能依赖于RBOH（图2）。图1.rop9突变体表现出蒸腾、气孔导度和气孔孔径的降低，对光合作用的影响最小。图2.在NADPH氧化酶的介导下，rop9突变体保卫细胞中ROS水平的升高导致气孔孔径的减小。随后该研究又测试了各种已知的ABA响应，包括种子萌发、根伸长、基因表达和气孔关闭，发现rop9突变体气孔孔径变小和水分利用效率(WUE)提高与ABA响应增强没有直接联系，组成性高ROS水平、NADPH氧化酶活性和异常小的气孔孔径之间存在联系，ABA对rop9突变体保卫细胞孔径存在加性效应（图3）。ABA水平升高或在干旱条件下，ROP9的表达和活性会受到抑制，所以rop9突变体的表型可能是由rop9调控的RBOH活性中断引起的。图3.ROP9在调节气孔功能中表现出与ABA信号的加性相互作用。为了评估rop9突变体气孔导度和蒸腾速率降低对果实产量的影响，该研究进行了大规模田间试验，田间试验结果表明，rop9突变体的水分利用效率(WUE)的提高并不与产量损失相关，甚至在某些土壤生长条件下可能导致产量的提高（图4）。图4.田间生长的rop9突变体果实产量和含糖量分析。
