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植物如何感應錳(Mn2+)?

  圖片來源:維基百科 錳(Mn 2+ ,manganese)是植物的必需元素之一,植物光合作用時的OEC(oxygen evolving center)是一個含錳的蛋白質。沒有OEC的作用,光反應就無法進行。 但是,植物究竟是怎麼感應到錳的存在呢?最近以阿拉伯芥( Arabidopsis thaliana )為模型進行的研究發現,植物的根部有一群特殊的表皮細胞對錳特別敏感。這些細胞在土壤中缺少錳的時候,細胞內的鈣離子(Ca 2+ )濃度會上升。 鈣離子濃度上升會活化兩個蛋白質激酶CPK21與CPK23。這兩個激酶的活化,會使得一個稱為NRAMP1的蛋白質表現量上升。 NRAMP1是一個高親和力的錳離子運輸蛋白,當它表現量上升時,就會加速錳離子的吸收。實驗也發現,同時缺少CPK21與CPK23的植物在缺錳時出現生長停滯與根部發育不良的狀況,而高量表現這兩個激酶會使得植物對低錳的狀況耐受度提高。 進一步的研究發現,NRAMP1上面的第498個胺基酸(蘇胺酸,Thr)會被蛋白質激酶磷酸化,從而調節其活性。 也就是說,當植物根部一群細胞感應到錳離子下降時,會出現鈣離子上升的狀況,而鈣離子上升活化了CPK21與CPK23這兩個蛋白質激酶,接著使NRAMP1表現量上升以及磷酸化,讓植物可以吸收更多的錳。 參考文獻: Dali Fu, Zhenqian Zhang, Lukas Wallrad, Zhangqing Wang, Stefanie Höller, ChuanFeng Ju, Ina Schmitz-Thom, Panpan Huang, Lei Wang, Edgar Peiter, Jörg Kudla, Cun Wang. Ca 2+ -dependent phosphorylation of NRAMP1 by CPK21 and CPK23 facilitates manganese uptake and homeostasis in Arabidopsis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2022; 119 (40) DOI: 10.1073/pnas.2204574119