大多数开花植物的花瓣表皮有一种特殊的锥形细胞，其独特的形态对传粉昆虫的抓附支撑、花表面温度和湿度的维持、光的反射等方面有重要作用。锥形细胞最早在金鱼草中被报道，转录因子MIXTA的功能缺失突变体会导致细胞失去了锥形凸起，而变为扁平形态。mixta突变体显著降低了对蜜蜂的吸引，并导致结实率显著降低。然而，这种形态特殊的锥形细胞是如何形态建成的还不清楚。
福建农林大学基础林学与蛋白质组学研究中心林德书课题组以拟南芥花瓣锥形细胞为模式开展研究，发现了细胞骨架微管的螺旋圆圈排列与锥形细胞顶部变尖的各向异性生长有关。生长素影响了一系列的植物生长与发育的过程。20世纪70年代，研究人员提出经典的细胞酸生长理论：生长素通过激活细胞膜上的H+-ATPase，使细胞壁酸化，促进细胞壁松弛，最终引起细胞生长。
2020年3月17日，林德书课题组在Cell Reports发表了题为Auxin signaling-mediated apoplastic pH modification functions in petal conical cell shaping的研究论文，揭示了生长素通过酸化细胞壁来调控拟南芥花瓣锥形细胞形态建成的机制。
该研究利用HPTS（C16H7Na3O10S3）荧光染料计算出细胞水平的pH。通过药理学实验发现，酸化试剂Fusicoccin处理会导致锥形细胞的高度增大、顶端角度变小；然而，碱化试剂DCCD的处理会使锥形细胞变得更矮、顶端膨大。H+-ATPase持续激活突变体ost2-2的细胞pH降低，并具有锥形细胞高度增大、顶端角度变小的表型。
图：细胞壁pH影响锥形细胞形态
在细胞还没有明显发育凸起的时期，细胞处于相对碱性状态，此时生长素活性相对较低。当细胞开始凸起时期，细胞壁发生酸化（pH 明显下降），伴随着生长素活性开始显著升高。通过药理实验对生长素的合成、信号转导和运输过程分别进行干扰，都会导致锥形细胞的高度变矮、顶端角度增大，pH升高。相对低浓度的生长素IAA的处理使锥形细胞变得更高、更尖、pH下降。进一步通过遗传材料结合药理学实验证明了生长素可以通过影响细胞壁pH来调控锥形细胞生长与形态。
图：生长素调控锥形细胞形态的机制
福建农林大学博士生党谢为该论文的第一作者，林德书教授是通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金等项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.02.087
