植物Na+，K+/H+反向轉(zhuǎn)運(yùn)體：pH 平衡與囊泡運(yùn)輸

王立光 葉春雷 陳軍 朱天地 李靜雯

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，蘭州 730070）

細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定的pH 微環(huán)境可以保證植物在生物和非生物脅迫下進(jìn)行正常的生命活動(dòng)和生長(zhǎng)發(fā)育［1］。植物正常生長(zhǎng)發(fā)育細(xì)胞內(nèi)精準(zhǔn)的pH 調(diào)控不僅調(diào)節(jié)酶活性和細(xì)胞代謝活動(dòng)，還調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、DNA 復(fù)制、RNA 和蛋白合成等生理活動(dòng)［2-4］。植物根毛的形成與細(xì)胞內(nèi)pH 變化密切相關(guān)，根毛形成過(guò)程中，首先根毛起始發(fā)生部位細(xì)胞壁酸化，當(dāng)酸化過(guò)程停止，根毛起始過(guò)程結(jié)束，頂端開(kāi)始生長(zhǎng)，且細(xì)胞壁酸化的同時(shí)，胞質(zhì)pH 發(fā)生改變［5-6］。擬南芥中研究成果表明，生長(zhǎng)素是通過(guò)質(zhì)外體pH 調(diào)節(jié)促進(jìn)根細(xì)胞擴(kuò)張［7］。另外，氣孔的開(kāi)閉過(guò)程中，保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的pH 存在相應(yīng)的變化，氣孔打開(kāi)過(guò)程中保衛(wèi)細(xì)胞胞質(zhì)pH 降低，氣孔關(guān)閉過(guò)程中保衛(wèi)細(xì)胞胞質(zhì)pH 升高［2，8］。研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)pH 調(diào)控系統(tǒng)是植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中獲得的抗逆機(jī)制，強(qiáng)化細(xì)胞pH 調(diào)控能力可提高植物抗性［9-11］。在環(huán)境科學(xué)研究中，可以通過(guò)測(cè)定樹(shù)葉汁液的pH 來(lái)研究樹(shù)種抗毒氣污染能力，從而進(jìn)行綠化樹(shù)種的選擇［12-13］。如植物抗氟能力是由葉片細(xì)胞的pH 值和等電點(diǎn)的差值，即“耐酸力”決定的［14］。越來(lái)越多的證據(jù)表明，pH 的變化在植物細(xì)胞中扮演者第二信使或信號(hào)的角色［15-17］。

細(xì)胞內(nèi)的囊泡運(yùn)輸既是生命活動(dòng)的基本過(guò)程，又是一個(gè)極其復(fù)雜的動(dòng)態(tài)生物學(xué)過(guò)程，伴隨整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育階段。囊泡運(yùn)輸包含出芽、運(yùn)輸、錨定和融合等過(guò)程，涉及到多種調(diào)控因子和蛋白質(zhì)。研究表明，動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的囊泡運(yùn)輸出現(xiàn)障礙會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞功能紊亂和許多重大疾病的發(fā)生［18］。植物細(xì)胞膜上的各種功能蛋白、細(xì)胞壁合成所需的各種酶類及元件、細(xì)胞外分泌蛋白及物質(zhì)都由細(xì)胞內(nèi)囊泡運(yùn)輸完成。植物細(xì)胞囊泡運(yùn)輸在植物營(yíng)養(yǎng)、應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫、光響應(yīng)、激素轉(zhuǎn)運(yùn)及信號(hào)響應(yīng)和特異性防御響應(yīng)等過(guò)程中發(fā)揮重要作用［19-20］。植物內(nèi)有多條囊泡運(yùn)輸途徑，很多結(jié)構(gòu)蛋白和調(diào)控蛋白參與到這些途徑中，通過(guò)影響囊泡運(yùn)輸調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育［21-26］。

Na+，K+/H+反向轉(zhuǎn)運(yùn)體（NHX）屬于一價(jià)陽(yáng)離子/H+反向轉(zhuǎn)運(yùn)體（Cation/proton antiporter，CPA）基因家族中的CPA1 亞家族，它們廣泛存在于植物、動(dòng)物、酵母和細(xì)菌等生物體內(nèi)。植物NHX 常以多基因家族形式存在，并在細(xì)胞內(nèi)廣泛分布。根據(jù)亞細(xì)胞分布，植物NHX 基因家族成員分為質(zhì)膜NHX（Plasma membrane NHX），液胞NHX（Vacuolar NHX）和內(nèi)膜NHX（Endosomal NHX）3 類。植物NHX 最先由Ratner 從大麥質(zhì)膜上發(fā)現(xiàn)，此后在甜菜貯藏組織中檢測(cè)到液胞NHX 活性［27-28］，但第一個(gè)被克隆到的植物NHX 成員是擬南芥AtNHX1［29］，后續(xù)大量植物NHX 基因被鑒定、克隆。植物NHX的離子轉(zhuǎn)運(yùn)驅(qū)動(dòng)力由質(zhì)膜H+-ATPase（P-ATPase）、液胞膜H+-ATPase（V-ATPase）和H+-PPiase 產(chǎn)生的H+電化學(xué)勢(shì)梯度提供［30-32］。大量研究表明，維持細(xì)胞內(nèi)pH、離子穩(wěn)態(tài)及胞內(nèi)正常的囊泡運(yùn)輸對(duì)細(xì)胞活動(dòng)及功能至關(guān)重要，而植物NHX 是植物體內(nèi)重要跨膜反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，對(duì)維持pH、離子平衡及囊泡運(yùn)輸具有重要作用，并在細(xì)胞各種生理生化過(guò)程中擔(dān)當(dāng)重要角色，包括滲透調(diào)節(jié)、逆境響應(yīng)及細(xì)胞生長(zhǎng)等生理生化過(guò)程［33-39］。本文綜述了植物NHX 在pH 平衡、囊泡運(yùn)輸方面的研究進(jìn)展。

1 植物NHX 調(diào)節(jié)胞內(nèi)pH 平衡

真核生物細(xì)胞被生物膜區(qū)分為很多區(qū)室，各區(qū)室的pH 并不是均一的，而是存在差異。pHluorin 作為一類pH 敏感的熒光蛋白，在不同的pH 條件下，其激發(fā)光譜和發(fā)射光譜將會(huì)發(fā)生變化，可以反映其所在區(qū)域的H+濃度，將pHluorin 與特異定位的蛋白融合并進(jìn)行表達(dá)，就能對(duì)不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)內(nèi)的pH進(jìn)行測(cè)定［40］。對(duì)植物細(xì)胞器和膜微囊的pH 測(cè)定表明，膜微囊運(yùn)輸?shù)姆置谕緩街懈骷?xì)胞器區(qū)室內(nèi)的pH存在差異，總體上從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）到液胞表現(xiàn)為一個(gè)逐漸酸化的體系，但也有大量報(bào)道稱反面高爾基體管網(wǎng)狀狀結(jié)構(gòu)（TGN）內(nèi)的pH 比液胞前體（PVC）的低［33，41-45］，這些進(jìn)展為NHX 在pH 調(diào)節(jié)中的作用研究奠定了基礎(chǔ)。

植物NHX 家族成員分布在質(zhì)膜、液胞膜和內(nèi)膜系統(tǒng)上，且介導(dǎo)Na+，K+與H+的跨膜反向轉(zhuǎn)運(yùn)，那么NHX 在介導(dǎo)離子轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中對(duì)胞內(nèi)各區(qū)室的pH 穩(wěn)定有怎樣的作用呢？釀酒酵母中ScNHX1基因缺失后液胞和胞質(zhì)的pH 明顯降低，突變體菌株對(duì)酸性pH 的耐受性減弱［46-47］。擬南芥中質(zhì)膜AtNHX7/SOS1 缺失將導(dǎo)致胞質(zhì)和液胞的pH 降低，影響pH 動(dòng)態(tài)平衡［48-50］。植物液胞NHXs 也與胞內(nèi)pH 動(dòng)態(tài)平衡有密切關(guān)系。牽?；ǖ幕ㄉ兓怯梢喊麅?nèi)pH 的改變實(shí)現(xiàn)的，牽?；ㄒ喊鹥H 為6.5 時(shí)花為紅色，液胞pH 為7.5 時(shí)花為藍(lán)色，而InNHX1基因突變后花色改變受阻，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，引起牽?；ɑㄉ淖兊膒H 變化是由增強(qiáng)InNHX1、V-ATPase和H+-ATPase 的表達(dá)和活性實(shí)現(xiàn)的［51-53］。擬南芥nhx1 nhx2雙突變體的研究發(fā)現(xiàn)AtNHX1和AtNHX2基因缺失將導(dǎo)致根伸長(zhǎng)區(qū)、成熟區(qū)細(xì)胞和胚軸細(xì)胞液胞pH 顯著降低，對(duì)根尖細(xì)胞液胞pH 沒(méi)影響［45］。進(jìn)一步對(duì)擬南芥其它液胞NHXs 研究發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)敲除AtNHX1或AtNHX2基因不能改變根細(xì)胞液胞的pH，即使敲除AtNHX1或AtNHX2基因的同時(shí)再敲除AtNHX3和AtNHX4基因，也不能明顯改變根細(xì)胞液胞pH［54］，這些結(jié)果表明，AtNHX1 和AtNHX2 有功能冗余，這在氨基酸序列上也得到了體現(xiàn)，它們的相似度達(dá)到87.5%，同時(shí)證實(shí)在擬南芥液胞NHXs成員中，主要調(diào)節(jié)pH 的為AtNHX1 和AtNHX2，并不是所有成員都具有顯著作用。Andres 等［8］發(fā)現(xiàn)，AtNHX1 和AtNHX2 調(diào)節(jié)氣孔開(kāi)閉過(guò)程中，可以有效地調(diào)控液胞pH。另外有報(bào)道顯示，煙草HbNHX1基因過(guò)表達(dá)可以使葉片表皮液胞pH 升高，沉默使pH 降低，表明其對(duì)維持pH 平衡具有調(diào)節(jié)作用［55］。這些研究表明，在植物中質(zhì)膜和部分液胞NHXs 參與胞內(nèi)各區(qū)室的pH 調(diào)節(jié)，從而使pH 微環(huán)境向植物生長(zhǎng)有利方面改變。

內(nèi)膜NHXs 定位在ER、高爾基（Golgi）、TGN和PVC 等內(nèi)膜系統(tǒng)的膜結(jié)構(gòu)上，其功能研究相對(duì)滯后。Martinier 等［41］將擬南芥內(nèi)膜NHXs 轉(zhuǎn)入煙草細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因煙草細(xì)胞的液泡分選受體（Vacuolar sorting receptor，VSR）、TGN 及PVC 等的pH 升高，證明了內(nèi)膜NHXs 參與調(diào)節(jié)內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)各區(qū)室的pH穩(wěn)態(tài)。Reguera 等［39］構(gòu)建了nhx5 nhx6雙突變材料，并利用pHluorin 與特異定位的蛋白對(duì)VSR、Golgi、TGN 和LPVC 內(nèi)的pH 進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)nhx5 nhx6雙突變植株內(nèi)這些區(qū)室的pH 與野生型相比都顯著降低。同時(shí)，Wang（王立光）等［35］利用微電極法和pH 敏感的熒光探針BCEFF 測(cè)定了nhx5 nhx6雙突變植株葉片細(xì)胞液和根細(xì)胞液胞的pH，也得到了相似結(jié)果，即nhx5 nhx6雙突變植株葉片細(xì)胞液和根細(xì)胞液胞的pH 低于野生型植株。Fan（樊立剛）等［37］在證實(shí)ANHX5 和AtNHX6 也存在于ER上的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)nhx5 nhx6雙突變植株細(xì)胞內(nèi)ER的pH 顯著低于野生型，從而證明內(nèi)膜AtNHX5 和AtNHX6 具有調(diào)節(jié)ER 內(nèi)pH 的功能。這些研究成果雖然證明植物內(nèi)膜NHXs 調(diào)節(jié)pH 的區(qū)室不同，但使植物內(nèi)膜NHXs 具有調(diào)節(jié)細(xì)胞各區(qū)室pH 的功能得到了證實(shí)，也使內(nèi)膜NHXs 行使調(diào)節(jié)pH 功能的區(qū)室部位得到完善。同時(shí)，這些研究都表明內(nèi)膜NHXs 的缺失導(dǎo)致這些區(qū)室pH 降低，這也說(shuō)明在正常生長(zhǎng)條件下區(qū)室酸化將不利于植株生長(zhǎng)發(fā)育，植物要進(jìn)行正常的生理活動(dòng)，各區(qū)室需維持一定的pH。

以上研究結(jié)果表明，NHX 調(diào)節(jié)機(jī)制在維持各個(gè)區(qū)室pH 穩(wěn)態(tài)的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。P-ATPase 和V-ATPase 等建立pH 梯度，NHX 作為質(zhì)子滲漏機(jī)制，從而對(duì)各區(qū)室的pH 進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)加入P-ATPase、V- ATPase 或NHX 的抑制劑，將改變這些區(qū)室的pH 平衡，相似的結(jié)論在動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)也得到驗(yàn)證［43，56-58］。植物NHX 在高鹽和鉀營(yíng)養(yǎng)脅迫等條件下，可以通過(guò)其離子反向轉(zhuǎn)運(yùn)功能，使離子外排或者區(qū)室化，從而減輕毒害。而與此同時(shí)，細(xì)胞內(nèi)一些區(qū)室H+的變化也伴隨發(fā)生，這表明此時(shí)H+的轉(zhuǎn)運(yùn)也是利于植物減弱脅迫的反應(yīng)。同時(shí)，各區(qū)室的pH 改變應(yīng)該也利于植物抵抗脅迫。但這種pH 的改變會(huì)持續(xù)多久，是否有其它的作用機(jī)制對(duì)pH 再次進(jìn)行調(diào)節(jié)目前還未知，這很可能是植物NHX 增強(qiáng)其抗逆性的另一個(gè)潛在調(diào)節(jié)機(jī)制。另外，從已有的研究結(jié)果預(yù)示NHX對(duì)外界環(huán)境pH 的適應(yīng)調(diào)節(jié)也可能發(fā)揮重要作用，尤其是在增強(qiáng)堿性或酸性土壤環(huán)境植物生存能力方面，但目前相關(guān)研究還未見(jiàn)報(bào)道。

2 植物NHX 影響囊泡運(yùn)輸

植物有著復(fù)雜的內(nèi)膜系統(tǒng)，使蛋白的合成、加工和運(yùn)輸有著多元化的途徑，這些過(guò)程需要經(jīng)由囊泡運(yùn)輸途經(jīng)多個(gè)區(qū)室完成［21-22］。對(duì)植物NHX 的亞細(xì)胞定位及功能研究表明，NHX 主要存在于分隔區(qū)室的膜上，并調(diào)節(jié)囊泡運(yùn)輸，從而影響蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)和存貯。NHX 對(duì)囊泡運(yùn)輸?shù)挠绊懽钤缭趕cnhx1酵母突變體內(nèi)得到證實(shí)，發(fā)現(xiàn)突變體內(nèi)Pep12p、Vps10p和Vph1p 蛋白在液胞旁的類“class E”間隔內(nèi)積累，并且部分Vma2p 蛋白也聚集在此處，并未完全進(jìn)入液胞，說(shuō)明其囊泡運(yùn)輸過(guò)程被部分阻斷［59］。Bowers 等［59］將酵母ScNHX1 與植物、動(dòng)物及細(xì)菌的NHX 蛋白序列比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)，它們的跨膜區(qū)域存在4 個(gè)保守的酸性氨基酸殘基（D201、E225、D230和E355），在酵母中將這4 個(gè)氨基酸殘基分別突變變?yōu)椴粠щ姾傻臉O性氨基酸殘基（D201N、E225Q、D230N 和E355Q），其 中D201N、E225Q 和D230N3個(gè)氨基酸殘基中的任何一個(gè)突變都會(huì)導(dǎo)致酵母表現(xiàn)出scnhx1突變菌株表型，說(shuō)明這3 個(gè)保守的酸性氨基酸序列對(duì)ScNHX1 功能及其對(duì)囊泡運(yùn)輸具有決定性作用。同時(shí)，Qiu（邱全勝）等［60］報(bào)道酵母ScNHX1 缺失導(dǎo)致液胞融合活力降低，但不影響可溶性N-乙基馬來(lái)酰亞胺敏感因子結(jié)合蛋白受體（Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factorattachment protein receptor，SNARE）復(fù)合體的形成，ScNHX1參與從次級(jí)內(nèi)體（Late endosomes）到液胞的囊泡運(yùn)輸過(guò)程和液胞融合的起始過(guò)程。Mitsui 等［47］發(fā)現(xiàn)ScNHX1 通過(guò)將Vps27p 招募到內(nèi)膜上，從而促進(jìn)多泡體（MVB）形成。而Kallay 等［61］研究結(jié)果表明，ScNHX1 參與囊泡運(yùn)輸是在內(nèi)體（endosome）或MVB 形成后到液胞的過(guò)程，并獨(dú)立于ESCRT 途徑。這些結(jié)果雖然對(duì)ScNHX1 參與囊泡運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程有不同的解析，但都表明了酵母ScNHX1 參與囊泡運(yùn)輸，影響蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)、融合和存貯。另外，在動(dòng)物內(nèi)RNAi沉默NHE6 和NHE8 也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)體運(yùn)輸和再循環(huán)中斷［62-63］，證實(shí)其參與囊泡運(yùn)輸。既然在酵母、動(dòng)物中NHX 具有這些功能，那么在植物中的是否具有相似功能呢？這些研究方法和成果為植物NHX 的研究奠定了基礎(chǔ)。

植物中關(guān)于質(zhì)膜NHX 在囊泡運(yùn)輸中作用的研究還未見(jiàn)報(bào)道，但液胞NHX 參與囊泡運(yùn)輸?shù)淖饔靡延袌?bào)道。Sottosanto 等［64-65］發(fā)現(xiàn)擬南芥atnhx1突變體內(nèi)多個(gè)與囊泡運(yùn)輸相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平受到影響。Hamaji 等［66］證實(shí)鹽脅迫下植株內(nèi)AtNHX1 會(huì)定位在胞質(zhì)內(nèi)的膜微囊上，這表明在鹽脅迫條件下，AtNHX1 很可能參與了囊泡運(yùn)輸。內(nèi)膜NHX 的研究直接證實(shí)植物NHX 參與囊泡運(yùn)輸。Bassil 等［67］發(fā)現(xiàn)與野生型植株相比，內(nèi)膜NHX 缺失雙突變體nhx5 nhx6內(nèi)FM4-64 被運(yùn)輸?shù)揭喊臅r(shí)間變長(zhǎng)，進(jìn)一步通過(guò)用GFP 標(biāo)記的CPY（carboxypeptidase）瞬時(shí)表達(dá)發(fā)現(xiàn)，突變植株不能像野生型植株內(nèi)那樣使其進(jìn)入液胞，而是聚集到質(zhì)外體。轉(zhuǎn)錄分析發(fā)現(xiàn)，在nhx5 nhx6內(nèi)VTI12、VSR1、VPS35、RABF2a 和ARFa1e 等與囊泡運(yùn)輸相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)錄水平都發(fā)生了改變［67］。Reguera 等［39］通過(guò)透射電鏡發(fā)現(xiàn)，雙突變體nhx5 nhx6的種子內(nèi)PSV（Protein storage vacuoles）的數(shù)目增多，而體積變小，種子貯藏蛋白2S 和12S主要分布在質(zhì)外體，并非PSV 內(nèi)，同時(shí)，種子內(nèi)存在大量p2S 和p12S 貯藏蛋白的前體蛋白，這表明缺失突變體內(nèi)囊泡運(yùn)輸中的蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)和液胞融合過(guò)程受到影響。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)擬南芥內(nèi)膜NHX 的缺失導(dǎo)致液胞分選受體2；1（Vacuolar sorting receptors2； 1，VSR2；1）與運(yùn)輸物（Cargoes）間結(jié)合作用降低，從而導(dǎo)致囊泡運(yùn)輸受到影響［39］。Ashnest 等［68］在雙突變體nhx5 nhx6種子內(nèi)也發(fā)現(xiàn)PSV 具有相同的形態(tài)且p2S 和p12S 貯藏蛋白的前體蛋白也較多，同時(shí)雙突變體nhx5 nhx6胚中液泡加工酶（Vacuolar processing enzyme，VPE）會(huì)被錯(cuò)誤的運(yùn)輸?shù)劫|(zhì)外體。Ashnest 等［68］研究表明AtNHX6 的C 端與細(xì)胞分選復(fù)合體（Sorting machinery）的組分SNX1（Sorting nexin 1）具有相互作用，從而影響VSR 從TGN 回送ER，調(diào)節(jié)囊泡運(yùn)輸。Wu（武學(xué)霞）等［36］發(fā)現(xiàn)人工貯藏蛋白GFP-CT24 在雙突變體nhx5 nhx6內(nèi)不能像野生型中被運(yùn)輸?shù)絇SV 中，而是被運(yùn)輸?shù)劫|(zhì)外體，同樣，甘薯液胞貯藏蛋白與綠色熒光蛋白的融合蛋白Spo：GFP（Sporamin：green fluorescent protein）在雙突變體nhx5 nhx6的原生質(zhì)體細(xì)胞內(nèi)70%表現(xiàn)為非液胞表達(dá)模式，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于野生型原生質(zhì)體細(xì)胞內(nèi)29%的非液胞表達(dá)模式，同時(shí)在雙突變體nhx5 nhx6種子內(nèi)存在大量2S 白蛋白和12S 球蛋白的前體蛋白，且這些前體蛋白主要分布在質(zhì)外體。他們還發(fā)現(xiàn)AtNHX5 中的D164、E188、D193和AtNHX6 的D165、E189、D194 中的任何一個(gè)保守氨基酸殘基突變，都將影響種子貯藏蛋白的運(yùn)輸。另外，雙突變體nhx5 nhx6內(nèi)SNARE 的SYP22 和VAMP727 在PVC 中的亞細(xì)胞定位受到影響，致使它們被滯留在Golgi 和TGN 內(nèi)，從而阻擾SNARE 調(diào)控PVC 和液胞間融合的過(guò)程，對(duì)囊泡運(yùn)輸途徑產(chǎn)生不利影響［36］。Dragwidge 等［38］證明雙突變體nhx5 nhx6細(xì)胞內(nèi)的內(nèi)膜運(yùn)動(dòng)降低，Golgi 和TGN/EE（Early endosomal）內(nèi)蛋白回收受阻，說(shuō)明內(nèi)膜NHX 對(duì)于功能性Golgi 和TGN/EE 活力、TGN/EE 蛋白質(zhì)回收是必須的。

雖然目前報(bào)道出多個(gè)內(nèi)膜NHX 調(diào)節(jié)蛋白運(yùn)輸和存貯的分子機(jī)制，但都表明擬南芥內(nèi)膜NHXs 參與調(diào)節(jié)囊泡運(yùn)輸過(guò)程，且內(nèi)膜NHX 所存在的ER、Golgi、TGN 和MVB/PVC 等特殊位置，是很多蛋白合成和運(yùn)輸?shù)谋亟?jīng)部位，很可能影響一些與囊泡運(yùn)輸相關(guān)關(guān)鍵蛋白的運(yùn)輸或后期修飾加工，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)其它囊泡運(yùn)輸途徑，這也可能是出現(xiàn)多個(gè)調(diào)解機(jī)制的原因，后續(xù)研究中或許將發(fā)現(xiàn)更多的調(diào)節(jié)機(jī)制。

3 總結(jié)和展望

隨著研究的深入，植物NHX 的功能逐漸從質(zhì)膜NHX、液胞NHX 到內(nèi)膜NHX 得證實(shí)，為全面深入了解植物NHX 提供了依據(jù)［69-70］。在植物體內(nèi)，pH穩(wěn)態(tài)的決定因素還不確定，已知H+-ATPase 和H+-PPiase 可以建立H+電化學(xué)勢(shì)梯度，為NHX、CHX和KEA 等離子反向轉(zhuǎn)運(yùn)體提供驅(qū)動(dòng)力［32］，表明細(xì)胞內(nèi)pH 的動(dòng)態(tài)平衡，需要H+泵建立pH 梯度，同時(shí)需要陽(yáng)離子/質(zhì)子（H+）反向轉(zhuǎn)運(yùn)體作為質(zhì)子滲漏機(jī)制，微調(diào)細(xì)胞內(nèi)各區(qū)室的pH。研究表明NHX缺失導(dǎo)致pH 改變的情況下，植物通過(guò)囊泡運(yùn)輸重塑細(xì)胞的過(guò)程出現(xiàn)障礙，這兩者往往是伴隨發(fā)生的，這說(shuō)明NHX 對(duì)pH 的調(diào)節(jié)與囊泡運(yùn)輸密切相關(guān)。植物NHX 定位于質(zhì)膜，液胞膜和內(nèi)膜系統(tǒng)的膜結(jié)構(gòu)上，對(duì)各個(gè)區(qū)室pH 具有調(diào)節(jié)作用，而這些位置都是蛋白合成、加工、修飾的部位，任何一個(gè)部位pH 的改變都可能影響參與囊泡運(yùn)輸相關(guān)蛋白的翻譯及翻譯后加工、修飾過(guò)程，也可能影響囊泡運(yùn)輸過(guò)程中的囊泡出芽或膜融合過(guò)程，從而對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育造成不利影響。這也表明，植物NHX 對(duì)囊泡運(yùn)輸?shù)挠绊懞芸赡芡ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)pH實(shí)現(xiàn)。在一些離子脅迫條件下，植物NHX 會(huì)通過(guò)將離子外排及區(qū)室化等減輕毒害，同時(shí)，這必須伴隨著H+在一些區(qū)室的轉(zhuǎn)移，勢(shì)必會(huì)影響這些區(qū)室的pH，而pH 的改變將影響囊泡運(yùn)輸中一些蛋白的編碼、修飾及加工等，同時(shí)也將對(duì)囊泡運(yùn)輸?shù)母鬟^(guò)程造成影響，而這些都是植物在規(guī)避不利的非生物脅迫條件下的自主選擇。這就暗示，植物在遭受離子脅迫時(shí)，H+在各區(qū)室的轉(zhuǎn)移，造成囊泡運(yùn)輸發(fā)生改變，可能是規(guī)避危害的一種方式或者還有其它途徑來(lái)重新調(diào)節(jié)各區(qū)室的H+濃度，使各區(qū)室pH 盡量恢復(fù)到脅迫前水平，保證囊泡運(yùn)輸免被影響。目前，植物遭受離子脅迫的研究機(jī)理主要集中在陽(yáng)離子轉(zhuǎn)移方面，而pH 平衡方面研究的還比較少，植物NHX 調(diào)節(jié)一價(jià)陽(yáng)離子脅迫的研究如果從pH 和囊泡運(yùn)輸方面著手，可能是新的研究領(lǐng)域。

目前，對(duì)植物NHX 的研究雖然已經(jīng)取得了一系列進(jìn)展，但大部分研究主要在模式植物擬南芥中進(jìn)行，且關(guān)于NHX 是否在植物遭受外界環(huán)境酸、堿脅迫中的作用研究還相對(duì)較少，尤其是在農(nóng)業(yè)種植中，由于過(guò)量使用化肥導(dǎo)致土壤酸化和鹽堿地等，其研究將更有意義。在遭受pH 脅迫時(shí)，NHX 很可能通過(guò)自身對(duì)pH 的調(diào)節(jié)作用，維持胞內(nèi)pH 的穩(wěn)態(tài)，并在一定范圍內(nèi)保障很多關(guān)鍵蛋白的合成、加工，從而使囊泡運(yùn)輸?shù)靡皂樌M(jìn)行，為自身細(xì)胞塑造提供保障，進(jìn)而減弱逆境脅迫。因此，在一些抗逆性強(qiáng)的植物內(nèi)鑒定和克隆NHX，并對(duì)其相關(guān)功能進(jìn)行研究將對(duì)生產(chǎn)具有重要意義。