编辑:pH值为一个信号,在植物细胞第二信使
Agepati s Raghavendra
广州你们
Toshinori木下光男- 1部门的植物科学、生命科学学院、海得拉巴,印度的海德拉巴大学
- 2北京大学先进的农业科学研究所、山东实验室先进的农业科学在潍坊,潍坊,山东,中国
- 3研究所的变革的生物分子,名古屋大学,日本名古屋
编辑研究课题:
pH值作为一个信号,在植物细胞第二信使
植物细胞中的pH值是传统将健壮和稳定。然而,积累的证据表明瞬态细胞pH值的变化可以产生短期或长期的影响。植物细胞内的pH值的变化是由代谢过程(Felle、2001、2005;周et al ., 2021)。碱化或酸化是经常发现在向地性(Felle 2005),根头发生长(Monshausen et al ., 2007)、气孔运动(Gonugunta et al ., 2009)、花粉管伸长(Behera et al ., 2018),植物激素信号(李et al ., 2022)和植物(Felle et al ., 2004;歌et al ., 2022)。结果,细胞pH值往往是讨论作为信号或二级信使。
pH值的变化可能不是统一整个细胞或组织,并可能限制在一个特定的间隔(质外体、胞质或泡)。在植物组织中pH值变化的模式是不同的,这取决于根头发,花粉管,叶肉,保卫细胞。有反驳的相关性在植物细胞胞质pH离子通量。离子通量取决于膜电位,而不是只在当上或胞质进一步博士,pH值的变化取决于缓冲。我们需要考虑pH值和细胞间的缓冲强度(Oja et al ., 1999)。
尽管反复出现的pH值变化的兴趣,全面评估是有限的。因此,我们计划研究课题审查的模式植物细胞的pH值,使其有可能作为第二信使的作用。五个关于这个主题的文章强调了pH值的重要性在细胞车厢或细胞器,并突出强调他们与细胞功能之间的关系。
陈,此外提出了一个综合的动态叶绿素pH值的作用,尤其是对腔。腔的酸化和碱性化基质通过光化学电子传递系统确保碳同化的能源供应。pH值的变化是依赖光,典型的光合作用。作者指出几个蛋白质的球员,如KEA3、离子/ H+逆向转运,pgr蛋白质,可以感觉到pH值变化和确保叶绿体的顺利运转。
威尔和Palmgren批判性评估pH值的变化发生在根头发的生长与ROS和Ca2 +。他们观察到,尽管共同ROS, Ca2 +,pH值发生变化,目前尚不清楚pH值变化的原因或结果。胞液pH值的梯度,ROS和Ca2 +把增长振荡根头发。等离子体膜质子atp酶(PM H+腺苷三磷酸酶)和植物受体激酶,拉尔夫和FERONIA等,都涉及到。作者指出,H PM+atp酶分布和导致花粉管pH梯度不同根头发。
当pH值在根头发被认为是一个积分器的植物信号在根的动态响应和至关重要的植物激素和营养物质的反应(Gamez-Arjona et al。)。质外体的pH值保持在正常生长条件下酸性成为碱性时限制增长非生物和生物胁迫。调制当pH值的变化引起细胞壁成分,离子吸收、电气信号通过慢波的潜力,和其他元素,如ROS和Ca2 +。再一次,下午H+atp酶介导这些pH值变化。
木下光男和木下光男清楚地处理的作用和属性点H+腺苷三磷酸酶。他们强调了需要点H+atp酶细胞的体内平衡pH值和维持代谢过程。下午的活动+腺苷三磷酸酶依赖于质膜上的蛋白质丰度和翻译修饰,尤其是苏氨酸磷酸化羧基端。作者强调了光激化点H+腺苷三磷酸酶影响光合作用、营养吸收和细胞质流(丁et al ., 2021;木下光男et al ., 2023)。有必要进一步评估和验证点H+腺苷三磷酸酶作为一个主监管机构。
塞德尔提供了一个详尽的审查植物结构和催化功能的空泡的atp酶(V-ATPase)。他确定了蛋白质,可以激活或抑制V-ATPase。这些调控蛋白能提供令人兴奋的选项来调节植物V-ATPase活动。进一步研究细胞内的位置和装配机制V-ATPase复杂需要理解和利用V-ATPase工厂改善。几个亚型的存在V-ATPases很难操纵V-ATPase在植物。我们也需要认识到角色和空泡的质子的功能把焦磷酸酶(V-PPase)。
尽管上面的权威评论,其他pH-related现象需要进一步关注。有些是碱性化或酸化在不同的细胞内的隔间,pH值调制的主要/次要代谢,硝酸和离子运输和交互,主要和钙。怀疑的确切作用经常是细胞质pH值如果是其他信号事件的原因或结果在气孔打开或关闭。复审的时间变化的植物细胞pH / ROS /不/ Ca2 +会有所帮助。批判性设计实验采用合适的atp酶突变体(vha /啊哈)和前沿创新的传感器来监测植物细胞的pH值变化(李et al ., 2021;莫罗et al ., 2022)可以提供答案。
点H+atp酶和V-ATPase农业具有广泛的应用前景。Upregulation点H+atp酶在水稻导致增强营养吸收,气孔导度、光合作用、产量(丁et al ., 2021;Zhang et al ., 2021)。同样,过度V-ATPase可能限制气孔关闭,使渗透调节,提高植物非生物应力下的弹性(亚当et al ., 2017;王et al ., 2021)。这将是激动人心的检查的影响overexpressing PM和V-ATPase双倍的提高产量和压力宽容。我们希望我们的研究课题将提供基本信息,并引发植物生物学家的兴趣在植物细胞的pH值。
作者的贡献
基于“增大化现实”技术的写了初稿。所有作者修订和批准最后的手稿。
资金
基于“增大化现实”技术在实验室工作的保卫细胞是生物技术系的赠款支持(BT / PR9227 / PBD / 16/748/2007)和海德拉巴大学的教授研究资助的椅子上。王寅是泰山学者支持的项目和山东省技术创新项目。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
引用
亚当,g D。,Roy, S. J., Huang, Y., Chen, Z. H., Wang, F., Zhou, M., et al. (2017). Expressing拟南芥在大麦V-ATPase亚基c (大麦芽)盐水条件下提高植物的性能通过支持更好的渗透调节。功能。植物医学杂志。44岁,1147 - 1159。doi: 10.1071 / FP17133
Behera, S。,Zhaolong, X., Luoni, L., Bonza, M. C., Doccula, F. G., De Michelis, M. I., et al. (2018). Cellular Ca2 +在植物信号生成定义的pH值签名。植物细胞2704 - 2719年。doi: 10.1105 / tpc.18.00655
叮,M。,张,M。,Zeng, H., Hayashi, Y., Zhu, Y., Kinoshita, T. (2021). Molecular basis of plasma membrane H+农业生产atp酶的功能和应用前景。植物杂志。物化学。168年,有10到16。doi: 10.1016 / j.plaphy.2021.09.036
Felle, H . H。,Herrmann, A., Hanstein, S., Hückelhoven, R., Kogel, K. H. (2004). Apoplastic pH signaling in barley leaves attacked by the powdery mildew fungusBlumeria茎f . sp。hordei。摩尔。植物微生物相互作用。17日,118 - 123。doi: 10.1094 / MPMI.2004.17.1.118
Gonugunta诉K。斯利瓦斯塔瓦,N。,Raghavendra, A. S. (2009). Cytosolic alkanization is a common and early messenger preceding the production of ROS and NO during stomatal closure by variable signals, including abscisic acid, methyl jasmonate and chitosan.植物的信号。Behav。4,561 - 564。doi: 10.4161 / psb.4.6.8847
木下光男,S。铃木,T。牙,T。,Sakakibara, H., Kinoshita, T. (2023). Photosynthetic-product-dependent activation of plasma membrane H+atp酶和硝酸吸收拟南芥叶子。植物细胞杂志。在出版社。doi: 10.1093 /卡式肺囊虫肺炎/ pcac157
李,K。,Prada, J., Damineli, D., Liese, A., Romeis, T., Dandekar, T., et al. (2021). An optimized genetically encoded dual reporter for simultaneous ratio imaging of Ca2 +和H+揭示了离子信号在植物的新见解。新植醇。230年,2292 - 2310。doi: 10.1111 / nph.17202
李,Y。,Zeng, H., Xu, F., Yan, F., Xu, W. (2022). H+atp酶在植物生长和应激反应。安。启植物杂志。73年,495 - 521。doi: 10.1146 / annurev - arplant - 102820 - 114551
Monshausen, g B。Bibikova, t . N。Messerli, m。施,C。,Gilroy, S. (2007). Oscillations in extracellular pH and reactive oxygen species modulate tip growth of拟南芥根头发。Proc。国家的。学会科学。美国的一个。104年,20996 - 21001。doi: 10.1073 / pnas.0708586104
男人味儿,H。,Gaillard, I., Paris, N. (2022). Genetically encoded fluorescence sensors adapted to acidic pH highlight subdomains within the plant cell apoplast.j . Exp。机器人。73年,6744 - 6757。doi: 10.1093 / jxb / erac210
Oja, V。,Savchenks, G., Jakob, B., Heber, U. (1999). pH and buffer capacities of apoplastic and cytoplasmic compartments in leaves.足底209年,239 - 249。doi: 10.1007 / s004250050628
歌,K。,Chen, B., Cui, Y., Zhou, L., Chan, K. G., Zhang, H.-Y., et al. (2022). The plant defense signal salicylic acid activates the RpfB-dependent quorum sensing signal turnover通过改变文化和植物病原体的细胞质pH值黄定。mBio13日2。doi: 10.1128 / mbio.03644-21
王,C。,Xiang, Y., Qian, D. (2021). Current progress in plant V-ATPase: From biochemical properties to physiological functions.j .植物杂志。266年,153525年。doi: 10.1016 / j.jplph.2021.153525
张,M。,Wang, Y., Chen, X., Xu, F., Ding, M., Ye, W., et al. (2021). Plasma membrane H+腺苷三磷酸酶过度增加水稻产量通过同时加强营养吸收和光合作用。Commun Nat。12日,735年。doi: 10.1038 / s41467 - 021 - 20964 - 4
关键词:酸化、碱化、质外体、胞浆、点H+atp酶、植物细胞pH值、液泡,V-ATPase
引用:你们Raghavendra, W和木下光男T(2023)编辑:pH值作为植物细胞信号和第二信使。前面。植物科学。14:1148689。doi: 10.3389 / fpls.2023.1148689
收到:2023年1月20日;接受:2023年1月26日;
发表:2023年1月31日。
编辑和审核:
西蒙·吉洛伊美国威斯康星大学麦迪逊分校版权©2023 Raghavendra,你们和木下光男。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。
*通信:Agepati s Raghavendraas_raghavendra@yahoo.com;纹绣,wenxiu.ye@pku-iaas.edu.cn;Toshinori木下光男,kinoshita@bio.nagoya-u.ac.jp