PCE|V-ATPase可以与VPT蛋白合作,在亚细胞和系统两个层面上调节Pi稳态

文摘   2024-10-14 15:49   中国香港  

拟南芥 / 液泡 / 转运蛋白 / Pi稳态

在植物中,大的中央液泡充当了大多数养分离子的储存库,因此能够缓冲包括磷酸盐(Pi)在内的营养变化,而Pi是植物必需大量元素P的主要来源。

在大多数情况下,液泡膜两侧的质子梯度为离子逆浓度梯度的运输提供能量。到目前为止,V-ATPasevacuolar H+-ATPase)被认为是介导液泡酸化的主质子泵。VHA-a2VHA-a3是位于液泡膜上的V-ATPase膜整合亚基VHA-a的两种亚型,对于从细胞质向液泡转运质子至关重要。vha-a2a3双突变体的液泡pH值变为6.4,而野生型拟南芥的液泡pH值通常为5.2,这意味着与野生型相比,vha-a2a3双突变体的液泡中质子浓度显著降低。

之前的研究表明,液泡膜上的V-ATPase活性对于硝酸盐、苹果酸、铵、钙、锌等的有效储存是必要的,然而它对液泡磷酸盐(Pi)积累的直接影响尚未完全阐明。
2024年9月18日Plant, Cell & Environment上线了一篇关于拟南芥Pi稳态调节机制的研究论文,“Vacuolar H+-ATPase Is Required for Efficient Vacuolar Phosphate Storage and Systemic Pi Homeostasis in Arabidopsis”。该研究表明,V-ATPase可以与液泡磷内流转运蛋白合作,在亚细胞和系统两个层面上调节Pi稳态。

图1. 在Pi供应充足的条件下,突变体vha-a2a3中的Pi积累受损
先前的研究表明,缺乏VPT1和VPT3这两个主要的液泡Pi内流转运蛋白,会显著影响液泡Pi的储存。而在该研究中,破坏V-ATPase的功能可以模拟vpt1vpt3突变体的表型。

图2. vha-a2a3Pi积累受损取决VPT1VPT3转运蛋白

在充足的Pi条件下,缺乏V-ATPase活性的vha-a2a3突变体,其液泡Pi水平较低,而细胞质Pi较高,并且对As(V)毒性的抗性增加。

图3. V-ATPase丧失有助于提高植株对As(V) 毒的抗
图4. V-ATPase控制了Pi在叶片中的亚分布

在Pi运输缺陷型酵母中的互补测定证实,高pH抑制了VPT1的活性,而在vha-a2a3突变体的液泡中过表达VPT1无法使Pi超载。这些数据说明了VPT1活性依赖于V-ATPase产生的质子梯度。

图5. VPT1Pi转运活性取决于液泡的pH

图6. VPT1 的Pi转运活性高度依赖于V-ATPase在液泡膜上产生的质子梯度

图7. VPT1过表达植株As(V)毒的过敏反应可以被vha-a2a3突变挽救

此外,研究发现V-ATPase活性与Pi的可用性正相关,并且在不同的发育阶段发生变化。

图8. 不同Pi条件改变了V-ATPase活性

在开花期间,当外部Pi充足时,V-ATPase活性下降,以增强Pi在韧皮部汁液中的分配,从而促进长距离运输,类似于vpt1vpt3突变体。

图9. V-ATPase 与 VPT 蛋白结合,以微调节拟南芥花期Pi稳态

综上所述,V-ATPase可以与VPT蛋白合作,在亚细胞和系统两个层面上调节Pi稳态。


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