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Annual Review of Plant Biology∣资环院许卫锋教授团队 揭示了质子泵调控植物应答环境胁迫的关键途径



发布时间 :2022-03-04? ? 信息员:?

H+-ATP酶,也即质子泵,是植物体内一类非常重要的酶。它利用ATP水解产生的能量将氢离子(H+)排出细胞,为细胞膜内外养分等物质的运输提供膜电位和质子驱动力,因此具有强大的生理功能。资环院许卫锋教授团队围绕P型和VH+-ATP酶的进化、调控机制、生理功能等三方面开展了全面、系统的研究分析,揭示了质子泵调控植物应答环境胁迫的关键途径,为通过遗传途径改造作物H+-ATP酶的活性,提高作物生长和抗逆性,以适应全球气候变化带来的环境胁迫提供一个新的视角。

 

P型和VH+-ATP酶的进化

植物PH+-ATP酶是多基因家族的酶,可分为10个分支。在低等藻类中PH+-ATP酶的数量较少,而维管植物中PH+-ATP酶基因数量的增加可能与其在进化过程中对环境的适应性有关。PH+-ATP酶根据其C端的序列可分为两种类型,一种是主要存在于维管植物中的倒数第二个氨基酸为ThrH+-ATP酶(pT H+-ATPase),另一种是主要存在于藻类中的倒数第二个氨基酸不是ThrH+-ATP酶(non-pT H+-ATPase)。VH+-ATP酶是一类多亚基的质子泵,由13个亚基组成,并且一个亚基可由多个基因编码(图1)。



1  植物P型和VH+-ATP酶的进化

 

P型和VH+-ATP酶的调控机制

生长素和脱落酸等植物激素参与了H+-ATP酶的调控。PH+-ATP酶主要通过C末端氨基酸的磷酸化和去磷酸化在蛋白水平进行调节,比如AHA2中的Thr947Thr881的磷酸化促进质子泵活性,而Ser899Ser931的磷酸化抑制质子泵活性。VH+-ATP酶也受到转录水平和蛋白水平的调控,VH+-ATP酶的一些互作蛋白如14-3-3、SOS2等可能参与调控酶的活性(图2)。


2  P型和VH+-ATP酶的调节

 

P型和VH+-ATP酶的生理功能

P型和VH+-ATP酶在植物生长和逆境反应中起着关键作用,参与根系生长、下胚轴伸长、气孔开闭、花粉管生长、果实酸度调节等生理过程,以及水分、盐、养分等胁迫反应。在水稻中过表达PH+-ATPOSA1O. sativa PM H+-ATPase 1)既可以促进根系对氮素等养分的吸收,又可以增大叶片的气孔开度,从而提升了水稻的氮素利用效率和光合作用速率,显著提高了水稻的产量。PH+-ATP酶通过分泌质子,促进根细胞壁的酸化进而增强植物根系向水性,也通过促进根毛的形成从而有利于根鞘形成,最终提高植物根系吸收水分和养分的能力(图3)。


 


3  P型和VH+-ATP酶在作物生长和抗逆过程中的功能

 

该成果以H+-ATPases in plant growth and stress responses为题发表于国际著名期刊《Annual Review of Plant Biology》 (IF 26.38),我校为通讯单位,李瑛博士、许飞云博士、曾后清副教授、严锋教授为论文的合作作者,许卫锋教授为论文的受邀作者及通讯作者,该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。

 

文章信息:Li Y, Zeng HQ, Xu FY, Yan F, Xu WF. H+-ATPases in plant growth and stress responses. Annual Review of Plant Biology, 2022, 73: 19.1-19.27, doi: 10.1146/annurev-arplant-102820-114551


爱游戏体育app马竞赞助商 许卫锋团队 图文  修新田审核


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