【科研速递】生命与环境科学学院杜立群教授团队在TrendsPlantScience发表综述论文

近日，生命与环境科学学院杜立群教授团队成员曾后清副教授与南京农业大学朱毅勇教授、日本名古屋大学Toshinori Kinoshita教授等合作，受邀在Cell Press（细胞出版社）旗下期刊Trends in Plant Science发表了题为“Plasma membrane H+-ATPases in mineral nutrition and crop improvement”的综述论文，系统性阐述了细胞膜质子泵在植物矿质营养中的功能与调控机制，并提出了质子泵在改良作物养分利用中的潜在应用。

Trends in Plant Science是植物学领域国际著名综述期刊，五年影响因子达20.1。

植物细胞质膜H+-ATP酶（Plasma membrane H+-ATPase，以下简称质子泵）通过水解ATP将H+（也叫质子）从细胞质泵到细胞膜外，使质外体酸化，并在细胞膜两侧形成H+浓度梯度，从而形成质子驱动力，同时建立了细胞膜电位，为各种养分、糖、代谢产物等物质的跨膜运输提供动力。质子泵在根系细胞的伸长、土壤养分活化和吸收、根系与菌根真菌共生的物质交换过程中都具有重要的作用。质子泵在促进植物生长与提高作物增产中也具有重要的潜在应用价值。该论文系统综述了质子泵在植物根系生长、有机酸分泌、氮、磷、钾、铁等营养的获取与利用中的作用与调控机制，并提出了质子泵调节改良作物养分利用效率的应用前景与策略。

质子泵是一个一级主动运输蛋白，是植物体内一个重要的“主宰酶”，具有其他转运蛋白无法替代的作用。其泵出的H+，不仅能酸化质外体空间，同时也建立并调控细胞膜电位、提供质子驱动力。因此，质子泵在各种养分的获取过程中都发挥着关键作用。进一步探索质子泵在植物营养中的作用机制，有助于将来通过生物技术策略调节质子泵活性，提高作物对土壤养分的获取和利用效率，以及应对全球气候变化带来的对农业生产的影响，对生态友好型农业的发展也具有重要意义。在农业生产中，作物必须应对土壤中可利用养分浓度的波动，如单个养分的缺乏，以及多重养分的胁迫。通过对质子泵基因进行遗传操控调节质子泵活性是一种提高作物对多种养分吸收，同时增强作物对养分缺乏适应性的有效策略。一种潜在的策略是利用组织特异性（如根系特异性或胁迫特异性）启动子来驱动质子泵基因的表达。在园艺植物或林木中将具有增强质子泵活性的转基因植物的砧木与非转基因植物的接穗嫁接，也是提高养分吸收效率和养分胁迫抗性的一种潜在策略。调节质子泵上游调控因子的表达也是调节质子泵活性的一种潜在策略。此外，通过引导编辑对质子泵的某些氨基酸进行改变以调节质子泵的活性，也可用于改良作物的养分吸收与利用效率。

曾后清副教授是该论文的第一作者与共同通讯作者，南京农业大学朱毅勇教授、名古屋大学Toshinori Kinoshita教授为共同通讯作者。杭州师范大学是论文的第一通讯单位。该工作受到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金的支持。

标签：质子  作物  植物