作者：Sebastian Hofmann，Julius-Maximilians-Universität WürzburgHCCR2 在植物细胞中发挥作用 A. 表达 eYFP 标记的 HcKCR2 或对照 （Ret-eYFP） 本氏奈瑟菌原生质体的共聚焦图像在瞬时转化后 48 小时捕获。B-C.用对照构建体（B）或HCKCR2（C）本氏奈瑟菌原生质体膜片钳实验中记录的全细胞电流。B-C.用对照构建体（B）或HCKCR2（C）本氏奈瑟菌原生质体膜片钳实验中记录的全细胞电流。将细胞保持在 -60 mV 并以保持电位 40 至 -60 mV 测试步长，递减步长 20 mV，持续 8 秒。5 s BL 脉冲 （λ = 490 nm， 5 mW/mm2)施加在每个电压阶跃上。D.与HcKCR2相比，它表达了原生质体的I-V关系。图片来源:科学(20233 年）。DOI： 10.1126/science.维尔茨堡的研究人员利用光遗传学在植物细胞中检测到一种新的酸传感器，可以解决细胞中钙的储存问题。该研究发表在《科学》杂志上。当植物被病原体感染、缺水或不得不对其他外部刺激做出反应时，首先要做的就是增加受影响细胞的质子和钙浓度。然后，质子和钙离子在细胞中引起进一步的反应，就像信使物质一样。在这个过程中，质子和钙离子之间的相互作用在很大程度上是未知的。德国巴伐利亚州维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学（JMU）Rainer，生物物理学家 由Hedrich教授领导的团队进行的一项新研究现在为这一主题提供了新的线索。研究人员在植物细胞中发现了一种以前未知的内源性酸传感器，采用了复杂的光遗传学方法。它们在叶子的保护细胞中发现，在处理细胞反应中的质子信号中储存钙起着重要作用。为什么像质子和钙离子这样的简单元素可以作为进化过程中使用富含能量的磷酸盐的信号？这就导致了一个问题：当细胞pH值主要为中性时，有价值的磷酸盐可与钙离子（Ca2） ）并转化为不溶性，因此不再可用的形式(磷酸二氢钙)。为了避免这种情况，细胞将内部钙水平保持在非常低的水平。然而，在他们的环境中，它更高 10,000 倍。质子在细胞外（H）浓度和酸度也要高得多。由于这种浓度梯度，两种离子都有强烈的流入细胞的冲动，使它们成为信使物质的理想选择。 Hedrich解释说：“细胞膜中钙和质子通道的刺激依赖性开放导致两个信使离子的细胞暂时增加。”。“细胞将其理解为一种信号，它们使用钙和质子结合酶将其转化为生物反应。电灯开关控制质子流入细胞植物细胞如何反应质子流入和细胞浆酸化？到目前为止，这只能通过大量的实验努力进行研究，即使如此，也只能间接进行。现在，这要归功于Hedrich团队采用光遗传学方法开发的适当装备的水芹菜（拟南芥），这要容易得多：来自真菌的光敏质子通道，通道视紫红质KCR2，优化用于植物细胞。这意味着质子现在可以对光脉冲进行特异性送入细胞的响应。另外，他们也表达了 KCR2 以及遗传编码 pH 报告基因 pHuji。当KCR2激活时，很容易测量细胞中当前的pH值。《科学》杂志的作者黄寿光接下来仔细研究了新拟南芥突变体的保护细胞。研究人员说：“当我用蓝光刺激它们一秒钟时，它们就会极化，就像我对光激活质子通道的期望一样。”。维尔茨堡离子通道专家在随后的实验中得到了深刻的发现。KCR2 对保护细胞的电生理学研究表明，当光刺激开始时，膜电位立即去极化，pH报告基因pHuji发出细胞内酸化的信号。Hedrich说：“然而，当光脉冲结束后去极化和酸化持续一分钟时，我们感到惊讶。”。“这只意味着KCR2的光激活和酸化激活了括约肌细胞本身的离子通道。众所周知，这些都是保护细胞阴离子的通道 SLAC1 和 然而，SLAH3也需要钙来激活它们。JMU教授总结道：“综合所有事实，可以假设KCR2携带的质子电流和细胞内的相关酸化也必须产生钙信号。”。他的团队可以证明，在保护细胞快速酸化后，钙信号持续150到200秒。他们发现这种钙不是来自细胞，而是来自内源性储存，即内质网释放。这是一个由膜管和蓄水池组成的网络，贯穿细胞质。今后的研究将重点分析内质网H敏感钙通道的分子性质，并研究其质子激活的开/关开关。一般来说，这些研究对于更好地了解植物细胞对感染或干旱等外部刺激的反应非常重要。 更多信息：Shouguang Huang 等人，光门控制通道视紫红质引起保护细胞中质子诱导的钙释放，科学(2023 年）。DOI： 10.1126/science.adj9696期刊信息： Science