植物感知胞外pH的机制

细胞外pH对于动物、植物、微生物的生长发育以及免疫都起着重要的调控作用。例如人体血液pH维持在7.35-7.45，位于细胞膜表面的络氨酸受体激酶 （RTKs） ，G蛋白偶联受体 (GPCRs) 及氢离子敏感离子通道能够感应血液pH的细微变化，调节人体生长发育、免疫应答等过程。细菌也能通过多种酸性或碱性敏感的膜表面蛋白复合体感应环境pH变化，调节自身信号通路。

植物细胞外pH呈酸性 （pH 5.7） ，许多生理和外界环境因素都会引起胞外pH的改变。上世纪七十年代，科学家提出了植物 “酸生长理论” ，猜想生长素能够激活细胞膜上的H + -ATP酶引起胞外pH酸化，松弛细胞壁，从而促进细胞生长。上世纪九十年代，科学家发现植物激发免疫反应会引起胞外pH碱化。该现象会在病原菌入侵的几分钟之内发生，并持几十小时。过去几十年间，胞外pH碱化一直被作为植物免疫反应的标志之一。尤其是在病原菌相关联分子模式 （PAMP） 激发的免疫反应 （PTI） 研究中，植物免疫学家利用胞外碱化作为指标，成功鉴定出了许多重要PAMP免疫分子的活性形式，例如flg22，Pep1。不仅是生物胁迫，非生物胁迫，如干旱、盐碱也都会引起胞外pH的快速碱化。然而免疫胁迫引起的胞外碱化的生物学意义仍不清楚。此外，气候、肥料、微生物也都会引起土壤pH的改变。许多研究发现外界环境pH的变化能够显著地影响植物基因表达，表明植物具备感应外界pH 的能力。然而，植物如何感知胞外pH变化仍是一个未解之谜。

2022年8月22日，南方科技大学郭红卫教授团队与清华大学-德国马克斯普朗克研究所-科隆大学柴继杰教授团队合作在Cell发表了题为Extracellular pH sensing by plant cell-surface peptide-receptor complexes的研究论文，揭示了细胞表面的小肽-受体复合物作为胞外pH感受器，调控植物生长和免疫的机制。