A charged existence: A century of transmembrane ion transport in plants

Resumo

Se o século passado marcou o nascimento do transporte de membrana como foco de pesquisa em plantas, os últimos 50 anos viram o campo amadurecer de interesse arcano para pilar central da fisiologia vegetal. O transporte de íons através das membranas vegetais é responsável por aproximadamente 30% da energia metabólica consumida por uma célula vegetal, e sustenta virtualmente todos os aspectos da biologia vegetal, desde a nutrição mineral, expansão celular e desenvolvimento até a polaridade de auxina, fertilização, defesa contra patógenos e senescência. Os meios para quantificar o fluxo de íons através de transportadores individuais, mesmo proteínas de canal único, tornaram-se amplamente disponíveis à medida que os métodos de voltage clamp se expandiram de células de algas gigantes para o fungo Neurospora crassa na década de 1970 e para as células de angiospermas na década de 1980. Aqui, abordo brevemente alguns aspectos-chave do desenvolvimento da eletrofisiologia moderna, com foco nas células-guarda dos estômatos, agora sem disputa o principal modelo de célula vegetal para transporte de íons e sua regulação. As células-guarda provaram ser um cadinho para muitos desenvolvimentos técnicos e conceituais que desde então emergiram para o mainstream da ciência vegetal. Seu estudo continua a fornecer insights fundamentais e carrega muita importância para os desafios globais que enfrentamos hoje.

Abstract

If the past century marked the birth of membrane transport as a focus for research in plants, the past 50 years has seen the field mature from arcane interest to a central pillar of plant physiology. Ion transport across plant membranes accounts for roughly 30% of the metabolic energy consumed by a plant cell, and it underpins virtually every aspect of plant biology, from mineral nutrition, cell expansion, and development to auxin polarity, fertilization, plant pathogen defense, and senescence. The means to quantify ion flux through individual transporters, even single channel proteins, became widely available as voltage clamp methods expanded from giant algal cells to the fungus Neurospora crassa in the 1970s and the cells of angiosperms in the 1980s. Here, I touch briefly on some key aspects of the development of modern electrophysiology with a focus on the guard cells of stomata, now without dispute the premier plant cell model for ion transport and its regulation. Guard cells have proven to be a crucible for many technical and conceptual developments that have since emerged into the mainstream of plant science. Their study continues to provide fundamental insights and carries much importance for the global challenges that face us today.