近日，華南師范大學(xué)高彩吉團隊與香港中文大學(xué)姜秉昊團隊合作首次發(fā)現(xiàn)非經(jīng)典自噬調(diào)控高爾基體穩(wěn)態(tài)和植物熱脅迫響應(yīng)的細胞學(xué)功能和分子機制。相關(guān)研究發(fā)表于Nature Plants。

　　囊泡運輸和自噬是真核細胞內(nèi)“物流系統(tǒng)”的重要組成部分，自噬是對細胞內(nèi)功能異常的蛋白質(zhì)或細胞器進行識別并轉(zhuǎn)運至液泡或溶酶體降解的物質(zhì)代謝周轉(zhuǎn)途徑。

　　隨著全球氣候變暖加劇，局部極端高溫頻繁發(fā)生，植物生長面臨高溫脅迫的嚴峻挑戰(zhàn)。高溫脅迫極大影響植物的生長發(fā)育，嚴重時甚至導(dǎo)致植物死亡，造成作物減產(chǎn)或絕收。為應(yīng)對高溫引起的傷害，植物在長期的進化過程中形成了復(fù)雜的生理生化適應(yīng)機制來清除或修復(fù)變性的蛋白等生物大分子以維持細胞穩(wěn)態(tài)。

　　目前，已有大量研究從基因轉(zhuǎn)錄層面關(guān)注植物響應(yīng)高溫脅迫的調(diào)控機制，如包括熱激轉(zhuǎn)錄因子和熱休克蛋白在內(nèi)的許多高溫響應(yīng)基因和及其轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)被逐漸揭示。然而，在細胞生物學(xué)層面，植物如何應(yīng)對高溫脅迫，來動態(tài)清除或修復(fù)受損的細胞器還缺乏深入的認識。

　　為了深入解析自噬調(diào)控植物熱脅迫響應(yīng)的細胞生物學(xué)機制，該研究分析了不同溫度處理下植物細胞內(nèi)自噬體的形成情況，發(fā)現(xiàn)自噬經(jīng)典標記蛋白ATG8在短暫極端高溫(42~45℃，5-20 mins)處理后形成大量的點狀結(jié)構(gòu)。這些極端高溫誘導(dǎo)形成的ATG8點狀結(jié)構(gòu)與高爾基體共定位，且并不會進入液泡，預(yù)示著這些ATG8標記的點狀結(jié)構(gòu)不是傳統(tǒng)的自噬體。

　　該研究進一步發(fā)現(xiàn)熱激后高爾基體膜囊垛疊結(jié)構(gòu)消失，細胞中出現(xiàn)大量的成簇泡狀結(jié)構(gòu)， ATG8被招募到這些單膜的泡狀結(jié)構(gòu)上。電鏡三維斷層成像分析顯示，自噬缺陷突變體相比野生型，在熱脅迫后恢復(fù)階段高爾基體的重新組裝過程顯著滯后。

　　該研究首次發(fā)現(xiàn)極端高溫可導(dǎo)致植物高爾基體膜囊解散，并誘導(dǎo)經(jīng)典自噬標記蛋白ATG8轉(zhuǎn)位到單膜結(jié)構(gòu)的高爾基體囊泡上，進而招募一類囊泡形成促進蛋白暨網(wǎng)格蛋白CLC2促進小泡的形成，可能幫助清除高爾基體內(nèi)腔的變性蛋白，從而有利于熱脅迫后恢復(fù)期高爾基體的重組裝和植物的存活。