Background The increase in atmospheric CO2 is causing a number of changes in plant growth such as increases in leaf area and number, branching, plant size and biomass, and growth rate. Despite the importance of stomatal responses to CO2, little is known about the genetic and molecular mechanisms that mediate stomatal development and movement in response to CO2 levels. Deciphering the mechanisms that sense changes in CO2 and/or HCO3 - concentration is critical for unraveling the role of CO2 in stomatal development movement. In Arabidopsis, CO2-induced stomatal closure is strongly Ca2+-dependent. To further dissect this signaling pathway and identify new components in the CO2 response pathway, we recorded [Ca2+]cyt changes in mutagenized Arabidopsis leaves and screened for mutants with abnormal guard cell behavior in response to CO2/HCO3 -. Results We observed that 1 mM HCO3 - induces [Ca2+]cys transient changes in guard cells and stomatal closure both in light and darkness. The changes in [Ca2+]cys induced by HCO3 - could be detected by an aequorin-based calcium imaging system. Using this system, we identified a number of Arabidopsis mutants defective in both [Ca2+]cyt changes and the stomatal response to CO2/HCO3 -. Conclusions We provide a sensitive method for isolating stomatal CO2/HCO3 - response genes that function early in stomatal closure and that have a role in regulating [Ca2+]cyt. This method will be helpful in elucidating the Ca2+-dependent regulation of guard cell behavior in response to CO2/HCO3 -.

中文翻译：

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拟南芥保卫细胞 CO2/HCO3 - 通过基于水母发光蛋白的钙成像系统筛选反应突变体。

背景 大气中 CO2 的增加正在引起植物生长的许多变化，例如叶面积和数量、分枝、植物大小和生物量以及生长速率的增加。尽管气孔对二氧化碳的反应很重要，但对于介导气孔发育和运动以响应二氧化碳水平的遗传和分子机制知之甚少。破译感知 CO2 和/或 HCO3 浓度变化的机制对于揭示 CO2 在气孔发育运动中的作用至关重要。在拟南芥中，CO2 诱导的气孔关闭强烈依赖于 Ca2+。为了进一步剖析这一信号通路并确定 CO2 响应通路中的新成分，我们记录了诱变拟南芥叶片中的 [Ca2+]cyt 变化，并筛选了响应于 CO2/HCO3 - 的保卫细胞行为异常的突变体。结果 我们观察到 1 mM HCO3 - 在光照和黑暗中诱导保卫细胞中的 [Ca2+]cys 瞬时变化和气孔关闭。由 HCO3 诱导的 [Ca2+]cys 的变化可以通过基于水母发光蛋白的钙成像系统检测到。使用该系统，我们鉴定了许多在 [Ca2+]cyt 变化和对 CO2/HCO3 - 的气孔反应方面都存在缺陷的拟南芥突变体。结论 我们提供了一种灵敏的方法来分离气孔 CO2/HCO3 - 在气孔关闭早期起作用并在调节 [Ca2+]cyt 中起作用的反应基因。该方法将有助于阐明响应于 CO2/HCO3 - 的保卫细胞行为的 Ca2+ 依赖性调节。由 HCO3 诱导的 [Ca2+]cys 的变化可以通过基于水母发光蛋白的钙成像系统检测到。使用该系统，我们鉴定了许多在 [Ca2+]cyt 变化和对 CO2/HCO3 - 的气孔反应方面都存在缺陷的拟南芥突变体。结论 我们提供了一种灵敏的方法来分离气孔 CO2/HCO3 - 在气孔关闭早期起作用并在调节 [Ca2+]cyt 中起作用的反应基因。该方法将有助于阐明响应于 CO2/HCO3 - 的保卫细胞行为的 Ca2+ 依赖性调节。由 HCO3 诱导的 [Ca2+]cys 的变化可以通过基于水母发光蛋白的钙成像系统检测到。使用该系统，我们鉴定了许多在 [Ca2+]cyt 变化和对 CO2/HCO3 - 的气孔反应方面都存在缺陷的拟南芥突变体。结论 我们提供了一种灵敏的方法来分离气孔 CO2/HCO3 - 在气孔关闭早期起作用并在调节 [Ca2+]cyt 中起作用的反应基因。该方法将有助于阐明响应于 CO2/HCO3 - 的保卫细胞行为的 Ca2+ 依赖性调节。结论 我们提供了一种灵敏的方法来分离气孔 CO2/HCO3 - 在气孔关闭早期起作用并在调节 [Ca2+]cyt 中起作用的反应基因。该方法将有助于阐明响应于 CO2/HCO3 - 的保卫细胞行为的 Ca2+ 依赖性调节。结论 我们提供了一种灵敏的方法来分离气孔 CO2/HCO3 - 在气孔关闭早期起作用并在调节 [Ca2+]cyt 中起作用的反应基因。该方法将有助于阐明响应于 CO2/HCO3 - 的保卫细胞行为的 Ca2+ 依赖性调节。