来源：iNature（ID：Plant_ihuman）
感知和响应机械力（如重力、触摸）的能力是正常细胞功能必不可少的特性。在动物细胞的细胞质膜上的机械敏感性阳离子通道Piezo可以将机械压力刺激转化为各种生物活动。PIEZO 通道是动物对触摸、剪切应力、压缩力、本体感觉、大脑发育和伤害感受的感知所必需的。而植物细胞被坚固而灵活的细胞壁包围，其如何以及在何处使用感受压力器的分子机制还不是很清楚。
2021年7月30日，SCIENCE在线发表了来自美国圣路易斯华盛顿大学Elizabeth S. Haswell课题组题为“Plant PIEZO homologs modulate vacuole morphology during tip growth”的研究论文。该研究表明植物中同样存在动物中PIEZO同源蛋白，并揭示植物PIEZO的突变改变了正常细胞的生长和液泡形态。此外，令人意外的是，植物中的PIEZO通道蛋白定位在液泡膜上，而不是在细胞质膜上，这表明植物细胞中液泡膜比质膜具有更大的运动自由度，使其成为机械感应蛋白更有效的位置。
另外，2021年7月6日，斯坦福大学Yanniv Dorone等人在Cell在线发表题为“A prion-like protein regulator of seed germination undergoes hydration-dependent phase separation”的研究论文，该研究鉴定了一种未表征的拟南芥朊病毒样蛋白，将其命名为FLOE1，它在水合作用时相分离，并使胚胎能够感知水分胁迫。该研究证明 FLOE1 凝聚物的生物物理状态在体内调节其在不利环境下抑制种子萌发的生物学功能。该研究发现FLOE1 表达和相分离的基因内、种内和种间自然变异，并表明基因内变异与自然种群的适应性发芽策略有关。这种分子、有机体和生态学研究的结合揭示了 FLOE1 作为一种可调节的环境传感器，在面对气候变化时对抗旱作物的设计具有直接影响（点击阅读）。
2021年6月30日，Current Biology在线发表了来自德国University of Würzburg的Tobias Maierhofer课题组等合作题为“Acidosis-induced activation of anion channel SLAH3 in the flooding-related stress response of Arabidopsis”的研究论文，该研究开发了一种显微镜方法，能够阐明阴离子通道 SLAH3 在酸化过程中的反应。在非活性状态下，通道以细胞膜中两个亚基的复合体形式存在。由于缺氧，细胞中的酸度和质子含量增加，质子与通道的两个特定氨基酸结合，通道就分解成它的两个亚基。作为单个副本，这两个单元现在对阴离子具有导电性，从而导致细胞膜的电激发。电信号反过来触发植物中后续的反应，包括光合作用减少。之后，将 SLAH3 突变后，突变体在洪水中并没有试图减少它们的光合作用。综上所述，该研究表明阴离子通道 SLAH3 可以将细胞内部的酸化直接转化为电信号。通过这种方式，它的功能类似于 pH 传感器。
2020年8月26日，英国剑桥大学Philip A. Wigge团队在Nature在线发表题为“A prion-like domain in ELF3 functions as a thermosensor in Arabidopsis”的研究论文，该研究发现来自较热气候的植物中的ELF3蛋白，没有可检测的PrD，在高温下具有活性，并且缺乏热响应性。ELF3的温度敏感性也受ELF4的水平调节，表明ELF4可以稳定ELF3的功能。在拟南芥中，与绿色荧光蛋白融合的ELF3以较高的温度在数分钟内以PrD依赖的方式形成斑点。响应于体外温度升高，包含ELF3 PrD的纯化片段可逆地形成液滴，表明这些特性反映了PrD赋予的直接生物物理响应。温度通过相变使ELF3在活动状态和非活动状态之间快速转换的能力代表了以前未知的热敏机制(点击阅读)。
1. 背景介绍：压力敏感蛋白的发现
为了了解动物触觉的传导机制，2010年该文通讯作者Patapoutian课题组设计一个简单的实验，用移液管轻轻戳一下小鼠细胞，给细胞一个微小的机械力，然后可转换成可测量的电流。之后通过一一敲除候选的离子通道蛋白，观察突变后的细胞是否失去触觉敏感性，从而鉴定到机械敏感性阳离子通道Piezo1蛋白。之后该课题组又证实果蝇的Piezo基因与机械伤害感受有关。之后多个课题组同时发文解析了Piezo蛋白通道的结构，这是个非常特异的蛋白结构，由是三个相同蛋白围绕中央孔构成，像风扇一样。现在初步认为其分子机制是当有机械力作用于细胞膜时，“叶片”结构会在细胞膜内侧带动“支撑杆”结构，从而使中央孔打开。
该研究首先发现在苔藓Physcomitrium中发现两个PIEZO 同源基因Pp PIEZO1 和Pp PIEZO2。进一步通过 CRISPR-Cas9 基因编辑获得相关的单、双突变体，并发现ΔPP1和 ΔPP2单突变体植物的大小与野生型相似，但双 Δ PP1/2突变体明显更小，根尖更短和弯曲。此外，与 WT 相比，Δ PP1/2突变体中的细胞溶质钙振荡显着降低。
此外，该研究进一步表明Pp PIEZO1 和 Pp PIEZO2 定位在液泡膜，而不是类似动物中定位在质膜上。进一步利用双分子荧光互补测定表明两个Pp PIEZOs的 C 末端都面向细胞质，这类似于动物 PIEZOs并支持Pp PIEZO 将 Ca2+从液泡中释放到细胞质中的模型。此外，通过功能丧失和功能获得表明PIEZO基因会影响液泡裂变或液泡膜内陷。最后，该研究还研究了拟南芥中的At PIEZO1 (At2g48060)的定位和功能，研究表明同样定位在液泡膜上，并且At PIEZO1的突变体中观察到了扩大的液泡。
综上所述，植物中的PIEZO 是液泡膜的定位，其在促进液泡裂变和/或尖端生长细胞内陷中的作用在陆地植物中是保守的。在植物中PIEZO 蛋白可能被用来感知植物液泡的机械力状态，包括膨胀。与质膜相比，这种向液泡的重新定位可能反映出液泡膜具有更高的运动自由度，从而使液泡膜成为感知和响应植物细胞力学变化的首选位置。
论文链接：
https://science.sciencemag.org/content/373/6554/586
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