读创/深圳商报首席记者 吴吉 通讯员 刘莉 付文卿
许多研究发现外界环境pH的变化能够显著地影响植物基因表达，表明植物具备感应外界pH的能力，然而，植物是如何感知胞外pH变化的？很长时间以来，这一直是一个未解之谜。
日前，南方科技大学生命科学学院讲席教授郭红卫课题组与清华大学-德国马克斯普朗克研究所-科隆大学柴继杰教授课题组合作在《细胞》发表了研究论文，揭示了细胞表面的小肽-受体复合物作为细胞外pH感受器，调控植物生长和免疫的机制。该研究为未来农业生产中利用 “酸碱调控” 来调节作物生长、抗病、抗逆，提供了理论基础和新的方向。
据介绍，细胞外pH对于动物、植物、微生物的生长发育以及免疫都起着重要的调控作用。例如人体血液pH维持在7.35-7.45。在一些特化的细胞中，位于细胞膜表面的络氨酸受体激酶（RTKs），G蛋白偶联受体 (GPCRs) 及氢离子敏感离子通道能够感应体液pH的细微变化，调节人体生长发育、免疫应答等过程。细菌也能通过多种酸性或碱性敏感的膜表面蛋白复合体感应环境pH变化，调节自身信号通路。
植物细胞外pH呈酸性（pH 5.7），许多生理和外界环境因素都会引起胞外pH的改变。过去几十年间，胞外pH碱化一直被作为植物免疫反应的标志之一。尤其是在病原菌相关联分子模式激发的免疫反应研究中，植物免疫学家利用胞外碱化作为指标，成功鉴定出了许多重要PAMP免疫分子的活性形式。不仅是生物胁迫，非生物胁迫，如干旱、盐碱也都会引起胞外pH的快速碱化。此外，气候、肥料、微生物也都会引起土壤pH的改变。然而，植物如何感知胞外pH变化仍是一个未解之谜。
郭红卫/柴继杰合作团队首先通过HPTS染色原位观察到植物根尖分生组织细胞外呈现相对酸性的pH环境。研究人员进一步探究，利用生化、遗传、结构等综合手段，揭示了RGF1信号通路感应胞外pH的分子机制。此外研究人员还发现，不仅RGF1信号通路能够感应胞外pH的变化，Pep1介导的免疫信号通路也能响应胞外pH的变化。研究还证实了RGF1信号通路和Pep1信号通路通过受体复合物胞外区直接感应胞外pH变化。
该研究首次发现了植物胞外pH的感应器，揭示了植物细胞膜表面小肽受体复合物能够感应胞外pH的变化，调控植物生长发育与免疫。同时，该研究还揭示了 “胞外碱化”这一植物免疫反应标志，能够作为一个信号分子调控植物生长及免疫的进程，减缓生长，增强免疫，从而优化能量，增强环境适应性。此外，酸性依赖的RGF1信号通路促进根尖分生组织生长的机制，进一步完善了 “酸生长理论”。该研究也为未来农业生产中利用 “酸碱调控” 来调节作物生长、抗病、抗逆，提供了理论基础和新的方向。
北京大学博士/南方科技大学访问学者，现德国马克斯普朗克研究所博士后刘莉，与清华大学博士，现德国马克斯普朗克研究所博士后宋文，为本文共同第一作者。南方科技大学郭红卫教授和清华大学-德国马普所-科隆大学柴继杰教授为共同通讯作者。南方科技大学姜凯博士、王益川博士、张丹博士、温兴博士，清华大学韩志富副研究员，博士生黄诗嘉，日本东京大学Yoshitaka Moriwaki博士，中国科学院深圳先进技术研究院门涌帆博士参与了该研究工作。
审读：谭录岗
