Nature：非损伤微测技术发现IAA可促根部吸H⁺致质外体碱化为生长素“酸性生长假说”机制提供重要证据

编者按

10月27日，福建农林大学-加州大学联合中心杨贞标团队、奥地利科学技术研究院Jiří Friml团队在Nature背靠背发表了关于生长素“酸性生长假说”机制的2项重要成果。其中Jiří Friml团队的成果Cell surface and intracellular auxin signalling for H⁺ fluxes in root growth，使用非损伤微测技术（MIFE）检测了IAA处理后，拟南芥根部的H⁺、K⁺、Ca²⁺流信号，为IAA诱导根部吸H⁺致质外体碱化，提供了关键证据。

Nautre背靠背 | 植物生长素领域突破！福建农林大学等揭示生长素“酸性生长假说”的机制

基本信息

主题：非损伤微测技术发现IAA可促根部吸H⁺致质外体碱化为生长素“酸性生长假说”机制提供重要证据

期刊：Nature

影响因子：49.962

标题：Cell surface and intracellular auxin signalling for H⁺ fluxes in root growth

作者：奥地利科学与技术研究院Jiri Friml、李兰馨、Inge Verstraeten

检测离子/分子指标

H⁺、K⁺、Ca²⁺、膜电位

检测样品

6日龄拟南芥幼苗根（距根尖~450 μm根表上的点）

离子/分子流实验结果

利用PM-Cyto reporter监测细胞内pH值，发现5 nM IAA处理后，质膜（PM）相邻细胞质pH值同时下降。同时出现的质外体pH值升高和细胞内pH值降低意味着H⁺流入细胞。用非损伤微测技术监测IAA处理后伸长的根表皮细胞H⁺流速，确实发现H⁺内流，与根毛细胞中类似的观察结果一致（图1）。生长素通过增加细胞内H⁺的流入引起质外体的快速碱化。这一过程与根系生长抑制的时空相关性表明，质外体碱化是抑制根系生长的潜在细胞机制。

图1. 10 nM IAA处理前后WT根伸长区H⁺净内流。正值代表H⁺内流。

由于生长素同时引起膜去极化和质外体碱化，两者是相互依存的，是生长所必需的，文章研究了它们中哪一种介导了生长素对根系的抑制作用。通过控制外界pH，研究发现pH与生长是相关的，而膜电位（MP）是非耦合的（图2a , b）。此外，研究观察到K⁺外排（图2c）补偿了生长素诱导的H⁺和Ca²⁺流入（图1, 图4），表明生长素诱导的MP变化是复合离子流速的结果，而H⁺内流和由此产生的质外体pH变化只是这些变化的一个子集。图2a和图2b是用非损伤微测技术记录IAA处理根伸长细胞的MP（红色部分）和在不同pH培养基中培养40 min后根伸长细胞的膜MP。碱性培养基使质外体碱化并抑制了根的生长（图3d, e），它模仿了生长素的作用，但没有导致膜去极化。酸性培养基使细胞膜酸化，促进根系生长（图3f, g）使膜去极化。因此，MP与生长和质外体pH无关。

图2. PM电位和AUX1参与生长素诱导的质外体碱化。负值代表K⁺外排。

图3. 根部对碱性或酸性培养基的生长响应。

TRANSPORTINHIBITOR RESPONSE1 and AUXIN-SIGNALING F-BOX（TIR1/AFB）另一个感知机制是根毛中的细胞质Ca²⁺瞬时变化。因此，研究评估了质外体碱化和根系生长抑制中的Ca²⁺瞬时变化。使用非损伤微测技术证实了生长素通过TIR1/AFB触发的Ca²⁺快速内流与根系生长抑制相关。也就是说，Ca²⁺通道在质膜上被激活导致内流。