讀創/深圳商報首席記者 吳吉 通訊員 劉莉 付文卿

許多研究發現外界環境pH的變化能夠顯著地影響植物基因表達，表明植物具備感應外界pH的能力，然而，植物是如何感知胞外pH變化的？很長時間以來，這一直是一個未解之謎。

日前，南方科技大學生命科學學院講席教授郭紅衛課題組與清華大學-德國馬克斯普朗克研究所-科隆大學柴繼傑教授課題組合作在《細胞》發表了研究論文，揭示了細胞表面的小肽-受體複合物作為細胞外pH感受器，調控植物生長和免疫的機制。該研究為未來農業生産中利用 “酸堿調控” 來調節作物生長、抗病、抗逆，提供了理論基礎和新的方向。

據介紹，細胞外pH對于動物、植物、微生物的生長發育以及免疫都起着重要的調控作用。例如人體血液pH維持在7.35-7.45。在一些特化的細胞中，位于細胞膜表面的絡氨酸受體激酶（RTKs），G蛋白偶聯受體 (GPCRs) 及氫離子敏感離子通道能夠感應體液pH的細微變化，調節人體生長發育、免疫應答等過程。細菌也能通過多種酸性或堿性敏感的膜表面蛋白複合體感應環境pH變化，調節自身信号通路。

植物細胞外pH呈酸性（pH 5.7），許多生理和外界環境因素都會引起胞外pH的改變。過去幾十年間，胞外pH堿化一直被作為植物免疫反應的标志之一。尤其是在病原菌相關聯分子模式激發的免疫反應研究中，植物免疫學家利用胞外堿化作為指标，成功鑒定出了許多重要PAMP免疫分子的活性形式。不僅是生物脅迫，非生物脅迫，如幹旱、鹽堿也都會引起胞外pH的快速堿化。此外，氣候、肥料、微生物也都會引起土壤pH的改變。然而，植物如何感知胞外pH變化仍是一個未解之謎。

郭紅衛/柴繼傑合作團隊首先通過HPTS染色原位觀察到植物根尖分生組織細胞外呈現相對酸性的pH環境。研究人員進一步探究，利用生化、遺傳、結構等綜合手段，揭示了RGF1信号通路感應胞外pH的分子機制。此外研究人員還發現，不僅RGF1信号通路能夠感應胞外pH的變化，Pep1介導的免疫信号通路也能響應胞外pH的變化。研究還證實了RGF1信号通路和Pep1信号通路通過受體複合物胞外區直接感應胞外pH變化。

該研究首次發現了植物胞外pH的感應器，揭示了植物細胞膜表面小肽受體複合物能夠感應胞外pH的變化，調控植物生長發育與免疫。同時，該研究還揭示了 “胞外堿化”這一植物免疫反應标志，能夠作為一個信号分子調控植物生長及免疫的進程，減緩生長，增強免疫，從而優化能量，增強環境适應性。此外，酸性依賴的RGF1信号通路促進根尖分生組織生長的機制，進一步完善了 “酸生長理論”。該研究也為未來農業生産中利用 “酸堿調控” 來調節作物生長、抗病、抗逆，提供了理論基礎和新的方向。

北京大學博士/南方科技大學訪問學者，現德國馬克斯普朗克研究所博士後劉莉，與清華大學博士，現德國馬克斯普朗克研究所博士後宋文，為本文共同第一作者。南方科技大學郭紅衛教授和清華大學-德國馬普所-科隆大學柴繼傑教授為共同通訊作者。南方科技大學姜凱博士、王益川博士、張丹博士、溫興博士，清華大學韓志富副研究員，博士生黃詩嘉，日本東京大學Yoshitaka Moriwaki博士，中國科學院深圳先進技術研究院門湧帆博士參與了該研究工作。

審讀：譚錄崗

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