Science|发现植物PIEZOs定位于液泡膜，调节液泡形态和顶端生长

发布时间：2024-09-16

植物细胞中发现了一种名为PIEZOs的蛋白，它与动物细胞中的同名蛋白有着截然不同的定位和功能。这一发现不仅揭示了植物细胞感知和响应机械应力的独特机制，还为理解植物生长发育提供了新的视角。

植物PIEZOs蛋白定位液泡膜调节细胞生长

在动物细胞中，PIEZOs蛋白主要定位于细胞质膜，参与感知和传递外部机械信号。然而，美国华盛顿大学圣路易斯分校的研究团队在《科学》杂志上发表的一项研究显示，植物中的PIEZOs蛋白却定位于液泡膜。

研究发现，拟南芥中的AtPIEZO1蛋白在下胚轴和叶柄细胞的液泡中定位，并且在PIEZO1突变体中观察到了液泡膨胀的表型。这一结果表明，植物PIEZOs蛋白在液泡形态发生和顶端细胞生长中发挥着重要作用。

植物细胞外层具有坚硬的细胞壁，细胞渗透压可达动物细胞的1000倍。因此，植物细胞如何感知和响应机械应力一直是科学界关注的焦点。

研究团队通过系统发育分析发现，PIEZOs蛋白可能源自单一祖先，并在真核生物进化过程中经历了多次独立复制和丢失。在苔藓中，PpPIEZO1和PpPIEZO2是祖先PIEZOs的独立复制产物。

进一步的研究表明，PpPIEZO蛋白定位于顶端轴丝体细胞的液泡膜中。双分子荧光互补分析显示，PpPIEZO的C末端面向细胞质，暗示它可能具有将钙离子从液泡释放到细胞质的功能。

液泡是植物细胞中最大的细胞器，占据了细胞体积的大部分。它不仅储存水分和养分，还参与细胞膨压的维持，是草本植物支持作用的主要来源。

研究发现，野生型苔藓轴丝体细胞的顶端区域液泡呈现高度管状和碎片化，而基底区域的液泡形态则呈现管状或融合/膨胀态。相比之下，PIEZO突变体中不同区域的液泡均呈现膨胀态。这一结果表明，PIEZOs蛋白在调节液泡形态发生中起着关键作用。

这项研究首次在植物中报道了PIEZOs蛋白在顶端细胞生长和液泡形态发生中的作用，并揭示了其在液泡膜的定位特征。研究人员认为，植物细胞选择液泡膜作为机械感知蛋白的定位位点，可能与其更大的流动自由性有关。

这一发现不仅拓展了我们对植物细胞机械感知机制的理解，还为研究植物生长发育提供了新的思路。未来，这一研究成果可能在农业育种、植物抗逆性改良等领域发挥重要作用。