气候变化导致北欧及其他许多地区洪水和长期水浸增加。这会损坏牧草、农作物或其他植物——它们的叶子死亡，根部腐烂。
损害是由缺氧和酸积累引起的。植物如何感知这种过度酸化，它们如何对此作出反应？这是来自维尔茨堡、耶拿（德国）和塔尔卡（智利）的研究人员在《当代生物学》杂志中描述的内容。
生物物理学家托比亚斯·迈耶霍夫博士和雷纳·海德里希教授来自德国巴伐利亚州维尔茨堡的尤利乌斯-马克西米利安大学（JMU）分子植物生理学和生物物理学系，负责这项研究。
阴离子通道识别酸化
每个人可能都从自己的经验中熟悉过度酸化的效果：当过度运动时，肌肉缺氧并发生酸中毒。肌肉疼痛和表现不佳是后果。
“在植物中，缺氧也会导致细胞酸化，”托比亚斯·迈耶霍夫说。由JMU研究人员领导的团队在拟南芥（阿拉伯芥）模型植物中发现了感知酸化并将其转化为电信号的传感器。它是一种细胞膜中的蛋白质，即阴离子通道SLAH3。
超分辨率显微镜阐明结构
JMU生物技术和生物物理学系的马克·绍尔教授开发了一种高分辨率观察蛋白质的显微镜方法。借助他的方法，团队能够阐明阴离子通道SLAH3在酸化期间的反应。
在非活性状态下，通道作为细胞膜中的两个亚基复合体存在。缺氧时，细胞中的酸度和质子含量增加，质子结合到通道的两个特定氨基酸上。
“这种质子化改变了SLAH3的结构，通道分解成其两个亚基，”解释了迈耶霍夫，他是阴离子通道的专家。作为单独的拷贝，这两个单元现在对阴离子导电，导致细胞膜的电兴奋。
突变体对洪水反应较弱
电信号反过来触发植物中的进一步反应。其中包括光合作用的减少。“我们假设这是对洪水压力的适应：植物切换到一种休眠状态，”迈耶霍夫说。
JMU研究人员还研究了缺乏SLAH3的拟南芥突变体如何对洪水作出反应。这些植物没有试图减少其光合输出——尽管在浑浊的洪水中，几乎没有光线到达叶子，光合作用是不可能的。
研究洪水期间的遗传控制
阴离子通道SLAH3可以将细胞内部的酸化直接转化为电信号。这样，它就像一个pH传感器。
接下来，研究人员希望研究电信号如何在植物中传输并转化为避免应激的反应。必要的工具，如对pH不敏感的突变体，是可用的。这使得在洪水期间详细研究植物生理学的遗传重定向成为可能。
这项基础研究的结果可能对农业实践具有重要意义：“通过我们正在获得的知识，我们可以有针对性地培育更能耐受水浸的作物，”JMU研究人员迈耶霍夫说。