植物的机械力感受器被发现！令人意外，定位在液泡膜学术资讯

感知和响应机械力（如重力、触摸）的能力是正常细胞功能必不可少的特性。在动物细胞的细胞质膜上的机械敏感性阳离子通道Piezo可以将机械压力刺激转化为各种生物活动。PIEZO 通道是动物对触摸、剪切应力、压缩力、本体感觉、大脑发育和伤害感受的感知所必需的。而植物细胞被坚固而灵活的细胞壁包围，其如何以及在何处使用感受压力器的分子机制还不是很清楚。

2021年7月30日，SCIENCE在线发表了来自美国圣路易斯华盛顿大学Elizabeth S. Haswell课题组题为“Plant PIEZO homologs modulate vacuole morphology during tip growth”的研究论文。该研究表明植物中同样存在动物中PIEZO同源蛋白，并揭示植物PIEZO的突变改变了正常细胞的生长和液泡形态。此外，令人意外的是，植物中的PIEZO通道蛋白定位在液泡膜上，而不是在细胞质膜上，这表明植物细胞中液泡膜比质膜具有更大的运动自由度，使其成为机械感应蛋白更有效的位置。

1. 背景介绍：压力敏感蛋白的发现

为了了解动物触觉的传导机制，2010年该文通讯作者Patapoutian课题组设计一个简单的实验，用移液管轻轻戳一下小鼠细胞，给细胞一个微小的机械力，然后可转换成可测量的电流。之后通过一一敲除候选的离子通道蛋白，观察突变后的细胞是否失去触觉敏感性，从而鉴定到机械敏感性阳离子通道Piezo1蛋白。之后该课题组又证实果蝇的Piezo基因与机械伤害感受有关。之后多个课题组同时发文解析了Piezo蛋白通道的结构，这是个非常特异的蛋白结构，由是三个相同蛋白围绕中央孔构成，像风扇一样。现在初步认为其分子机制是当有机械力作用于细胞膜时，“叶片”结构会在细胞膜内侧带动“支撑杆”结构，从而使中央孔打开。

该研究首先发现在苔藓Physcomitrium中发现两个PIEZO 同源基因Pp PIEZO1 和Pp PIEZO2。进一步通过 CRISPR-Cas9 基因编辑获得相关的单、双突变体，并发现ΔPP1和 ΔPP2单突变体植物的大小与野生型相似，但双 Δ PP1/2突变体明显更小，根尖更短和弯曲。此外，与 WT 相比，Δ PP1/2突变体中的细胞溶质钙振荡显着降低。

此外，该研究进一步表明Pp PIEZO1 和 Pp PIEZO2 定位在液泡膜，而不是类似动物中定位在质膜上。进一步利用双分子荧光互补测定表明两个Pp PIEZOs的 C 末端都面向细胞质，这类似于动物 PIEZOs并支持Pp PIEZO 将 Ca2+从液泡中释放到细胞质中的模型。此外，通过功能丧失和功能获得表明PIEZO基因会影响液泡裂变或液泡膜内陷。最后，该研究还研究了拟南芥中的At PIEZO1 (At2g48060)的定位和功能，研究表明同样定位在液泡膜上，并且At PIEZO1的突变体中观察到了扩大的液泡。

综上所述，植物中的PIEZO 是液泡膜的定位，其在促进液泡裂变和/或尖端生长细胞内陷中的作用在陆地植物中是保守的。在植物中PIEZO 蛋白可能被用来感知植物液泡的机械力状态，包括膨胀。与质膜相比，这种向液泡的重新定位可能反映出液泡膜具有更高的运动自由度，从而使液泡膜成为感知和响应植物细胞力学变化的首选位置。

来源： iPlants

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