PNAS: 力感应压电蛋白PIEZO也在植物中起作用

根据斯克里普斯研究所和霍华德·休斯医学研究所的科学家们的一项研究，一个蛋白质家族能够感知机械力，并使我们的触觉和许多其他重要的身体功能，也是一些植物根部正常生长所必需的。这一发现发表在 PIEZO 蛋白质的一个古老的进化起源点上，这种蛋白质直到现在主要是在动物身上被发现的。

研究人员说，基础生物学的这一进展也可能导致提高作物产量的新策略。“我们的发现表明，pizo 蛋白质在植物和动物中作为机械力的传感器工作，表明这些蛋白质对地球上的生物体具有广泛的重要性,”该研究的主要作者 Seyed Ali Reza Mousavi 博士说，他是阿德姆帕塔普蒂安斯克里普斯研究实验室的博士后研究助理。斯克里普斯研究所神经生物学教授兼总统捐赠主席、 HHMI 研究员帕塔普蒂安说: “令人惊讶的是，进化使用了同样类型的分子，让我们感知触觉，让植物根系感知土壤的硬度。”。

这项研究的资深作者帕塔普蒂安被认为是大约十年前发现 PIEZO 蛋白的功臣---- 这一成就为他赢得了2020年科维利神经科学奖和其他许多奖项。这一发现带来了一系列额外的发现，这些发现揭示了从心力衰竭到慢性疼痛等一系列疾病的发病机制。

感应体力

PIEZO蛋白与任何其他生物蛋白家族几乎没有相似之处。

在哺乳动物中-研究最多的唯一一类大型动物-它们在细胞外膜中形成醒目的螺旋桨状结构。

当拉伸或挤压超过阈值时，这些结构允许带电分子（称为离子）流入或流出其宿主细胞。

哺乳动物中的两种PIEZO蛋白PIEZO1和PIEZO2具有多种功能，需要将机械力转换为细胞信号-这些功能包括触觉，身体和四肢的位置感以实现平衡，膀胱充盈和血压调节。Patapoutian的实验室和其他实验室在包括果蝇果蝇在内的其他动物中发现了具有明显机械感应功能的PIEZO型蛋白。

在植物界中的重要作用

在地球上漫长的生命历史中，这些独特的，多功能的蛋白质何时演化？

为了帮助解决这个问题，Mousavi和Patapoutian小组的其他成员检查了拟南芥的杂种亲戚，拟南芥是植物生物学研究的标准实验室模型。

拟南芥的基因组包括一个编码PIEZO型蛋白的基因，这暗示这些蛋白在植物界也起着机械传感器的作用。

科学家首先检查了植物中制造PZO1蛋白的位置，并发现其集中在根尖中。他们敲除了PZO1基因，观察到拟南芥植物的根短。

在一系列漫长的进一步实验中，他们发现根尖细胞中的PZO1通过离子流对机械刺激作出反应-使其像哺乳动物的同伴一样成为机械传感器。

PZO1的机械感测能力究竟如何帮助根系生长仍然是个谜。

但是Mousavi，Patapoutian及其同事怀疑，当根部试图穿透土壤时，尤其是干燥，坚硬的土壤，它可以帮助根尖细胞感知并调整自身，使其适应潜在的强大机械力。

穆萨维说：“如果PZO1的活性增加，则可能有助于植物在干燥条件下扩展其根系并获得更好的水。”

他说，如果事实证明是这样，提高PZO1的活性可能是在困难的土壤条件下增加农作物产量的一种方式。

Mousavi现在正在尝试通过在真实条件下进行的实验来阐明PZO1在拟南芥中的精确功能。

他还希望研究PIEZO型蛋白在包括玉米和水稻在内的粮食作物中的作用。

https://www.pnas.org/content/118/20/e2102188118

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