植物科学：根の成長におけるH⁺フラックスのための細胞表面および細胞内のオーキシンシグナル伝達

植物は、環境に合わせて自身の成長を調節している。この顕著な例は重力に対する応答で、シュートは上方に曲がり、根は下方に曲がる。この相反する応答は、植物ホルモンであるオーキシンの逆の効果を基盤としている。オーキシンは、シュートでは細胞の体積増大を促進し、根ではこれを抑制するが、その細胞機構はいまだ分かっていない。今回我々は、シロイヌナズナ（Arabidopsis thaliana）においてマイクロ流体力学、ライブ画像化法、遺伝子工学、ホスホプロテオミクスを組み合わせることで、オーキシンが根の成長を抑制する仕組みについての理解を深めた。オーキシンは、2つの異なる拮抗的に作用するシグナル伝達経路を活性化し、これらが成長を引き起こす決定要因であるアポプラストpHの急速な調節に収斂することが分かった。細胞表面に存在するTMK1（TRANSMEMBRANE KINASE1）は、細胞膜H⁺-ATPアーゼと相互作用し、そのリン酸化と活性化を仲介することでアポプラストを酸性化する一方、細胞内のカノニカルなオーキシンシグナル伝達は、正味の細胞内H⁺流入を促進して、アポプラストのアルカリ化を引き起こす。これら2つの相反する機構が同時に活性化することで、根は複雑な土壌環境を進む際の迅速で微調整された成長調節に備えている。

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