Plant Physiology |中国计量大学朱诚/美国普渡大学陈志祥课题组揭示自噬和多囊体转运途径协同保护硫同化及叶绿体功能

以下文章来源于植物生理PlantPhysiol ，作者PP

自噬 (autophagy) 与多囊泡体 (multivesicular body, MVB) 是真核细胞通过溶酶体或液泡降解细胞成分的两种重要途径。植物自噬在正常条件下活性很低，在生物与非生物胁迫条件下活性增加。拟南芥自噬缺失突变体生长发育基本正常，但抗病耐逆性显著下降，说明自噬在植物逆境响应中发挥重要作用。多囊泡体是内吞(endocytosis)途径的晚期囊泡，具有大囊泡内含多个腔内小泡的特征。这些腔内小泡通过数个内体运输必需分选复合体(endosomal sorting complex required for transport, ESCRT)催化外膜内陷与出芽等膜重塑过程形成。SKD1是一个多囊泡体形成的关键ATP酶，催化ESCRT III复合体在多囊泡体形成过程中的解聚, 使其进入下一个循环。多囊泡途径和自噬不同，既使在正常生长条件下也高度活跃, 所以拟南芥SKD1等多囊泡形成必需基因突变致死。LIP5是个SKD1激活因子，在正常条件下不稳定，含量很低。但在逆境条件下，LIP5被促分裂原活化蛋白激酶MAPK3/6磷酸化，稳定性增强，含量上升，通过激活SKD1活性增强逆境条件下的MVB途径。拟南芥中LIP5基因突变体和自噬缺失突变体一样,生长发育基本正常，但抗病耐逆性大幅下降。

近日, 中国计量大学朱诚和美国普渡大学陈志祥课题组在Plant Physiology在线发表了题为Autophagy and Multivesicular Body pathways Cooperate to Protect Sulfur Assimilation and Chloroplast Functions的研究论文。该研究揭示了自噬和多囊体转运途径协同保护硫同化及叶绿体功能。

该研究发现尽管拟南芥自噬和LIP5基因单突变体生长发育基本正常，自噬和LIP5基因双突变体生长发育严重不良，营养生长及存活率降低，叶子死亡，早衰，种子产量大幅下降。这些双突变体表型说明自噬和LIP5介导的多囊体途径不仅各自在抗病耐逆响应中发挥重要作用，还在正常条件下协同促进植物生长发育。转录组和分子生化分析发现在没有明显生长表型的幼苗阶段，自噬和LIP5双突变体的叶绿体硫还原同化功能就已经出现损伤的迹象，表现在参与硫同化的腺苷5’-磷酸硫酸酐还原酶(Adenosine 5’phosphosulfate reduce, APR) 及其它与硫同化相关的基因表达下减，硫同化产物含量降低。在双突变体中增加APR1基因表达能显著改善突变体生长，阻止早衰和死亡。进一步的多组学比较分析发现自噬和LIP5双突变体中，包括光合作用在内的其他叶绿体功能及初生碳代谢也受到严重影响。双突变体的早衰和死亡与活性氧积累及胁迫响应程序的激活密切相关，并依赖于植物胁迫响应关键因子PAD4及受其调控的水杨酸合成。这些结果说明自噬和多囊泡途径是重要的叶绿体蛋白质量控制途径，协同保护叶绿体硫同化功能，维持细胞氧化还原状态和活性氧水平，增强和叶绿体功能相关的核基因表达，促进植物生长发育。因此，有些和植物逆境响应及抗病耐逆性密切相关的蛋白质量控制和转运途径，在植物生长发育过程中同样发挥重要作用，是探索如何提高农作物产量品质的一个重要研究方向。

中国计量大学生命科学学院已毕业硕士研究生付运亭为本文第一作者，中国计量大学朱诚教授和美国普渡大学陈志祥教授为共同通讯作者，美国普渡大学范宝芬和中国计量大学李喜凤博士，贺希格博士参与了本研究。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和浙江省自然科学基金等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiad133

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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