植物細胞器pH調控細胞生物學功能研究獲進展

1月 5日，浙江農林大學省部共建亞熱帶森林培育國家重點實驗室沈錦波教授團隊在線發表題為“運用植物pHluorins（pH敏感型熒光蛋白）活體檢測細胞器pH”的技術論文。論文刊發在《植物科學趨勢》。

“該論文系統分析了植物pH傳感器pHluorins的基本原理和實驗流程，并提出了該技術在植物細胞囊泡運輸、次生代謝、信號轉導等交叉研究領域應用的具體方法，為進一步將該技術拓展到植物抗逆、合成生物學等多維度熱點研究領域提供了新思路。”論文一作兼通訊作者沈錦波告訴《中國科學報》。

真核細胞是由膜圍繞的多種細胞器構成的區室化結構系統。細胞膜的分隔形成相對獨立穩定且有特定功能的細胞器，從而提高了細胞內各種生理生化反應的效率。植物細胞內pH穩態的調節對于細胞的生存、逆境脅迫響應至關重要。由于當前存在的技術障礙，對植物細胞器pH如何調控細胞的生物學功能研究仍然具有挑戰性。

沈錦波團隊研究發現，植物優化表達的pH傳感器pHluorins是一種無創實時跟蹤特定細胞器pH的新型工具。其中，淬滅型植物 pH傳感器熒光強度隨著環境變酸而變弱，而比率型植物 pH傳感器允許在體內進行精確的pH測量。植物pHluorins具有以下優勢：首先是植物pHluorins對高還原條件、高鹽、過氧化氫等不敏感，保證了pH測定的準確性，并避免了每個細胞器pH校準的需要。

其次是植物pHluorins熒光響應的線性范圍涵蓋植物細胞器pH值的范圍，因此它非常適合測量植物細胞器的pH變化。

再次是植物pHluorins特異性響應熒光可以很容易地從植物組織的自發熒光中分離出來；最后，是植物pHluorins可以瞬時表達，允許在沒有基因轉化平臺的植物中進行細胞器pH測量。

相關研究顯示，通過將特定細胞器的靶向序列融合到植物pHluorins，可以生成不同細胞器pH傳感器。與此同時，利用細胞特異的啟動子，可以在多種細胞類型的特定細胞器中對植物pHluorins表達進行遺傳控制，允許觀測pH梯度的空間特異性。最終，通過計算方法以高空間和時間分辨率監測pH動態變化規律。

該技術為細胞器pH參與細胞內囊泡運輸、次生代謝、信號轉導之間的交叉作用，以及植物逆境生物學、合成生物學等生物學機制提供技術支撐。

該論文得到了國家自然科學基金、浙江省杰青項目等多項基金資助。