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Curr Biol：NMT發現胞質酸化激活陰離子通道SLAH3排氯排硝
基本信息
主題： NMT發現胞質酸化激活陰離子通道SLAH3排氯排硝 為驗證SLAH3是pH感受器提供直接證據
期刊：Current Biology
影響因子：10.834
研究使用平臺：NMT水旱脅迫創新平臺
標題：Acidosis-induced activation of anion channel SLAH3 in the flooding-related stress response of Arabidopsis
作者：維爾茨堡大學Rainer Hedrich、Tobias Maierhofer、Julian Lehmann
檢測離子/分子指標
陰離子（NO3-、Cl-）
檢測樣品
7日齡擬南芥（WT、slah3-1）根、葉肉細胞
類似代表性NMT文獻
·PP蘭大何凱：NMT發現陰離子通道調節因子調節硝酸鹽通道促硝酸鹽外排緩解植物銨毒
·加州大學欒升、蘭大何凱：NMT發現AtPiezo介導植物根冠Ca2+流響應機械力
·MP萬建民院士：無損“電生理"鈣流為揭示OsCNGC9通道調控水稻低溫響應機制提供直接證據
·Nature：NMT為氣孔免疫鈣通道的發現提供重要證據 | NMT植物防御創新科研平臺
植物作為固著生物，獲得了感知和響應生物和非生物脅迫的能力，從而在環境的劇烈變化中生存。氣候的變化除了干旱，也會有洪水發生。水淹脅迫會導致厭氧引發的細胞質酸中毒并損害植物功能。使植物細胞感知到酸性并通過膜去極化傳遞這種信號的分子機制以前是未知的。本研究表明酸中毒誘導的擬南芥根陰離子外排依賴于S型陰離子通道AtSLAH3。SLAH3在爪蟾卵母細胞中的異源表達表明，陰離子通道被細胞質pH值的一個小的生理性下降直接激活。酸中毒引起的SLAH3的激活是由組氨酸330和454的質子化所介導的。超分辨率顯微鏡分析表明，細胞內質子濃度的增加使SLAH3從電沉默的通道二聚體轉變為活性單體形式。研究結果表明，酸化后，質子直接將SLAH3轉換為開放構型，繞過激酶依賴性激活。此外，在水淹條件下，與SLAH3功能喪失的突變體相比，野生型擬南芥的應激響應顯著更高。本研究關于SLAH3 pH傳感器功能的遺傳證據可以指導改良具有更好的抗逆性的作物品種。
離子/分子流實驗處理
1mM NaOAc或10 μM ABA實時處理
在植物對各種脅迫（包括缺氧）的響應中，有人推測細胞膜酸化和質膜去極化之間有直接聯系。這種響應也可以通過向擬南芥幼苗的根部施加ABA來觸發，導致野生型（WT）植株的細胞質pH下降，并且誘導陰離子外排。在SLAH3基因敲除的植株（slah3-1）中沒有這種陰離子外排的現象（圖1）。
圖1. 10 μM ABA實時處理誘導的擬南芥WT或slah3-1根表面的陰離子流速。正值表示陰離子外排。
其他實驗結果
在非洲爪蟾卵母細胞中異源表達SLAH3，并利用可引起胞質酸化的醋酸鈉（NaOAc）處理發現，陰離子通道能夠直接被細胞質pH值的小幅生理性下降激活。
隨著pH值的降低，電流幅度的增加與單通道電導的增加無關，表明可激活的SLAH3通道數量的增加依賴于細胞質pH。
通過超分辨率顯微鏡分析表明，細胞質子濃度的增加將SLAH3從非功能性同源二聚體轉變為活性單體形式。
為檢測和鑒定組氨酸殘基是否參與AtSLAH3的pH感應，基于HiTehA晶體結構對SLAH3進行建模分析發現，酸中毒觸發的SLAH3激活是由兩個胞內組氨酸殘基His330和His454的質子化介導的，它們對于pH依賴性SLAH3門控和單體化至關重要。
為研究低氧脅迫下SLAH3的功能，將擬南芥WT以及slah3敲除株系進行黑暗浸水處理。Fv/Fm值所代表的光合能力可作為植物澇漬脅迫響應的敏感指標，檢測結果發現在黑暗中浸水5天后，WT的光合能力急劇下降，而在slah3突變體中脅迫誘導的Fv/Fm降低程度較小，這表明SLAH3使WT植株能夠觸發明顯的應激反應。
該項研究表明酸中毒誘導的擬南芥根系陰離子外排依賴于S型陰離子通道AtSLAH3：（1）細胞質酸中毒觸發SLAH3介導的陰離子外排；（2）SLAH3通過兩個特定組氨酸殘基的質子化而直接激活；（3）細胞質酸化后，SLAH3二聚體單體化，觸發通道的激活；（4）SLAH3在水淹條件下的植物缺氧響應中起作用。
陰離子通道SLAH3可以通過特定的組氨酸殘基感知細胞酸中毒，從而從“沉默"二聚體轉變為活性單體。淹水條件下，低氧誘導的酸中毒觸發SLAH3介導的質膜去極化，導致擬南芥光合能力下降。
圖3. 質子依賴性SLAH3激活的簡化模型。
測試液
葉肉細胞：0.1 mM KCl，1 mM Ca(NO3)2，10 mM MES/BTP，pH 5.6
關鍵詞：水淹脅迫；陰離子通道；酸中毒；SLAH3；組氨酸；光合