Light-gated channelrhodopsin sparks proton-induced calcium release in guard cells

警卫室 生物物理学 去极化 化学 内质网 沟道视紫红质 胞浆 钙信号传导 离子运输机 细胞内 离子通道 植物细胞 光遗传学 细胞生物学 生物化学 生物 神经科学 受体 基因 有机化学
作者
Shouguang Huang,Like Shen,M. Rob G. Roelfsema,Dirk Becker,Rainer Hedrich
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:382 (6676): 1314-1318 被引量:31
标识
DOI:10.1126/science.adj9696
摘要

Although there has been long-standing recognition that stimuli-induced cytosolic pH alterations coincide with changes in calcium ion (Ca2+) levels, the interdependence between protons (H+) and Ca2+ remains poorly understood. We addressed this topic using the light-gated channelrhodopsin HcKCR2 from the pseudofungus Hyphochytrium catenoides, which operates as a H+ conductive, Ca2+ impermeable ion channel on the plasma membrane of plant cells. Light activation of HcKCR2 in Arabidopsis guard cells evokes a transient cytoplasmic acidification that sparks Ca2+ release from the endoplasmic reticulum. A H+-induced cytosolic Ca2+ signal results in membrane depolarization through the activation of Ca2+-dependent SLAC1/SLAH3 anion channels, which enabled us to remotely control stomatal movement. Our study suggests a H+-induced Ca2+ release mechanism in plant cells and establishes HcKCR2 as a tool to dissect the molecular basis of plant intracellular pH and Ca2+ signaling.
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