根伸长区表皮细胞伴随着质外体pH的升高和细胞内pH的降低，表明生长素能引起细胞内H⁺的内流。

图1. 拟南芥根伸长区吸H⁺速率。正值代表吸收，负值代表外排。

图2. 拟南芥根伸长区H⁺检测图

 

其他实验结果

·      生长素诱导的根系生长抑制与质外体pH迅速升高有关。

·      质外体pH值是快速调节根生长的原因。

·      生长素可以迅速磷酸化并激活根部质膜H⁺-ATPases。

·      H⁺-ATPases激活可以抵消生长素介导的质外体碱化和生长抑制。

·      TMK1与H⁺-ATPases相互作用。

·      TMK1活性介导生长素对H⁺-ATPases的磷酸化和激活作用。

TIR1/AFB和TMK1信号在质外体pH和生长调节上呈拮抗作用。

结论

本研究结果对植物如何调控根系生长这一由来已久的问题提供了新的见解。特别是，本研究解决了植物激素生长素对地上部分和根生长调控相反的这个问题，也阐明了生长素介导根生长抑制下游细胞的机制。

生长素利用细胞内TIR1/AFB受体下游信号通路的非转录分支快速调节根系生长。这一途径介导质外体碱化，研究认为这是根生长调节的直接、诱导性的细胞机制。这一发现补充了经典的“酸生长理论”，即低质外体pH促进生长。本研究证明了这一机制对生长抑制的有效性，表明根的生长速率是由质外体pH值变化直接、可逆地决定的。值得注意的是，生长素介导的根中质外体碱化并不像在地上部观察到的那样通过调节PM H⁺-ATPases而产生的，而相同的TIR1/AFB生长素感知机制导致PM H⁺-ATPases激活和质外体酸化。

而在根部，PM H⁺-ATPases则通过细胞表面TMK1受体样激酶为基础的生长素信号进行磷酸化和激活，从而导致质外体酸化，促进根部生长。这种机制与更主要的TIR1/AFB介导的碱化作用相反，构成了一种负反馈，可能是微调根系生长，以便能够迅速响应环境刺激的细微变化。

剩下的关键问题是：（i）如果不被PM H⁺-ATPases所介导，TIR1/AFB信号途径是如何介导根系碱化的？可能的情况是PM的H⁺通透性迅速增加，这可能是由TIR1/AFB激活的Ca²⁺信号介导的，并可能影响质外体pH和膜电位。TMK1途径的生长素感知机制是什么?是生长素直接激活TMK1，还是通过另一个尚待鉴定的相关生长素受体？

基于细胞表面的TMK1激活H⁺泵和细胞内的TIR1/AFB信号导致细胞内H⁺净内流，这两种由生长素触发的拮抗机制共同作用于细胞外pH的调节，直接决定根系的生长速率。这似乎适得其反的同时，“油门和刹车”作用可能会使根尖在复杂土壤环境中，响应众多胁迫，快速灵活地改变生长速度和方向。

测试液

0.5 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, pH 5.8

文章原文：https://www.researchsquare.com/article/rs-266395/v1

关键词：生长素；H+泵；质外体；酸化；生长调节