Guard cell and subsidiary cell sizes are key determinants for stomatal kinetics and drought adaptation in cereal crops

禾本科 警卫室 农学 生物 耐旱性 气孔导度 高粱 植物 光合作用
作者
Mengmeng Rui,Rongjia Chen,Yi Jing,Feibo Wu,Zhong‐Hua Chen,David T. Tissue,Hangjin Jiang,Yizhou Wang
出处
期刊:New Phytologist [Wiley]
卷期号:242 (6): 2479-2494 被引量:2
标识
DOI:10.1111/nph.19757
摘要

Summary Climate change‐induced drought is a major threat to agriculture. C 4 crops have a higher water use efficiency (WUE) and better adaptability to drought than C 3 crops due to their smaller stomatal morphology and faster response. However, our understanding of stomatal behaviours in both C 3 and C 4 Poaceae crops is limited by knowledge gaps in physical traits of guard cell (GC) and subsidiary cell (SC). We employed infrared gas exchange analysis and a stomatal assay to explore the relationship between GC/SC sizes and stomatal kinetics across diverse drought conditions in two C 3 (wheat and barley) and three C 4 (maize, sorghum and foxtail millet) upland Poaceae crops. Through statistical analyses, we proposed a GCSC‐ τ model to demonstrate how morphological differences affect stomatal kinetics in C 4 Poaceae crops. Our findings reveal that morphological variations specifically correlate with stomatal kinetics in C 4 Poaceae crops, but not in C 3 ones. Subsequent modelling and experimental validation provide further evidence that GC/SC sizes significantly impact stomatal kinetics, which affects stomatal responses to different drought conditions and thereby WUE in C 4 Poaceae crops. These findings emphasize the crucial advantage of GC/SC morphological characteristics and stomatal kinetics for the drought adaptability of C 4 Poaceae crops, highlighting their potential as future climate‐resilient crops.

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