基本信息
主题： NMT发现胞质酸化激活阴离子通道SLAH3排氯排硝 为验证SLAH3是pH感受器提供直接证据
期刊：Current Biology
影响因子：10.834
研究使用平台：NMT水旱胁迫创新平台
标题：Acidosis-induced activation of anion channel SLAH3 in the flooding-related stress response of Arabidopsis
作者：维尔茨堡大学Rainer Hedrich、Tobias Maierhofer、Julian Lehmann
检测离子/分子指标
阴离子（NO3-、Cl-）
检测样品
7日龄拟南芥（WT、slah3-1）根、叶肉细胞
类似代表性NMT文献
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植物作为固着生物，获得了感知和响应生物和非生物胁迫的能力，从而在环境的剧烈变化中生存。气候的变化除了干旱，也会有洪水发生。水淹胁迫会导致厌氧引发的细胞质酸中毒并损害植物功能。使植物细胞感知到酸性并通过膜去极化传递这种信号的分子机制以前是未知的。本研究表明酸中毒诱导的拟南芥根阴离子外排依赖于S型阴离子通道AtSLAH3。SLAH3在爪蟾卵母细胞中的异源表达表明，阴离子通道被细胞质pH值的一个小的生理性下降直接激活。酸中毒引起的SLAH3的激活是由组氨酸330和454的质子化所介导的。超分辨率显微镜分析表明，细胞内质子浓度的增加使SLAH3从电沉默的通道二聚体转变为活性单体形式。研究结果表明，酸化后，质子直接将SLAH3转换为开放构型，绕过激酶依赖性激活。此外，在水淹条件下，与SLAH3功能丧失的突变体相比，野生型拟南芥的应激响应显著更高。本研究关于SLAH3 pH传感器功能的遗传证据可以指导改良具有更好的抗逆性的作物品种。
离子/分子流实验处理
1mM NaOAc或10 μM ABA实时处理
在植物对各种胁迫（包括缺氧）的响应中，有人推测细胞膜酸化和质膜去极化之间有直接联系。这种响应也可以通过向拟南芥幼苗的根部施加ABA来触发，导致野生型（WT）植株的细胞质pH下降，并且诱导阴离子外排。在SLAH3基因敲除的植株（slah3-1）中没有这种阴离子外排的现象（图1）。
图1. 10 μM ABA实时处理诱导的拟南芥WT或slah3-1根表面的阴离子流速。正值表示阴离子外排。
其他实验结果
在非洲爪蟾卵母细胞中异源表达SLAH3，并利用可引起胞质酸化的醋酸钠（NaOAc）处理发现，阴离子通道能够直接被细胞质pH值的小幅生理性下降激活。
随着pH值的降低，电流幅度的增加与单通道电导的增加无关，表明可激活的SLAH3通道数量的增加依赖于细胞质pH。
通过超分辨率显微镜分析表明，细胞质子浓度的增加将SLAH3从非功能性同源二聚体转变为活性单体形式。
为检测和鉴定组氨酸残基是否参与AtSLAH3的pH感应，基于HiTehA晶体结构对SLAH3进行建模分析发现，酸中毒触发的SLAH3激活是由两个胞内组氨酸残基His330和His454的质子化介导的，它们对于pH依赖性SLAH3门控和单体化至关重要。
为研究低氧胁迫下SLAH3的功能，将拟南芥WT以及slah3敲除株系进行黑暗浸水处理。Fv/Fm值所代表的光合能力可作为植物涝渍胁迫响应的敏感指标，检测结果发现在黑暗中浸水5天后，WT的光合能力急剧下降，而在slah3突变体中胁迫诱导的Fv/Fm降低程度较小，这表明SLAH3使WT植株能够触发明显的应激反应。
该项研究表明酸中毒诱导的拟南芥根系阴离子外排依赖于S型阴离子通道AtSLAH3：（1）细胞质酸中毒触发SLAH3介导的阴离子外排；（2）SLAH3通过两个特定组氨酸残基的质子化而直接激活；（3）细胞质酸化后，SLAH3二聚体单体化，触发通道的激活；（4）SLAH3在水淹条件下的植物缺氧响应中起作用。
阴离子通道SLAH3可以通过特定的组氨酸残基感知细胞酸中毒，从而从“沉默”二聚体转变为活性单体。淹水条件下，低氧诱导的酸中毒触发SLAH3介导的质膜去极化，导致拟南芥光合能力下降。
图3. 质子依赖性SLAH3激活的简化模型。
测试液
叶肉细胞：0.1 mM KCl，1 mM Ca(NO3)2，10 mM MES/BTP，pH 5.6
关键词：水淹胁迫；阴离子通道；酸中毒；SLAH3；组氨酸；光合
