2023年4月20日，我校生物光子学研究院青年教师周俊博士与生命科学学院高彩吉课题组合作在自然子刊《Nature Plants》发表了题为“A non-canonical role of ATG8 in Golgi recovery from heat stress in plants”的研究论文，首次发现非经典自噬调控高尔基体稳态和植物热胁迫响应的细胞学功能和分子机制。

囊泡运输和自噬是真核细胞内“物流系统”的重要组成部分，自噬是对细胞内功能异常的蛋白质或细胞器进行识别并转运至液泡或溶酶体降解的物质代谢周转途径。高彩吉课题组围绕植物细胞囊泡运输和自噬调控机制及生理功能研究，先后发现了多个囊泡运输和自噬调控因子及其调控植物响应营养和非生物逆境胁迫的功能和分子机理，近5年来以华师为第一和通讯作者单位在Nature Plants、PNAS、Molecular Plant和New Phytologist等国际重要学术刊物发表了一系列研究论文。生物光子研究院周俊博士2016年入选香江学者计划，前往香港中文大学姜里文教授课题组学习和交流，2018年返回华师生物光子研究院后加入生科院高彩吉团队潜心科研，近年来在植物自噬领域开展了多项创新性研究工作。

随着全球气候变暖加剧，局部极端高温频繁发生，植物生长面临高温胁迫的严峻挑战。高温胁迫极大影响植物的生长发育，严重时甚至导致植物死亡，造成作物减产或绝收。为应对高温引起的伤害，植物在长期的进化过程中形成了复杂的生理生化适应机制来清除或修复变性的蛋白等生物大分子以维持细胞稳态。目前，已有大量研究从基因转录层面关注植物响应高温胁迫的调控机制，如包括热激转录因子（HSFs）和热休克蛋白（HSP）在内的许多高温响应基因和及其转录调控网络被逐渐揭示。然而，在细胞生物学层面，植物如何应对高温胁迫，来动态清除或修复受损的细胞器还缺乏深入的认识。

为了深入解析自噬调控植物热胁迫响应的细胞生物学机制，该研究分析了不同温度处理下ATG8蛋白的亚细胞定位，发现自噬经典标记蛋白ATG8在短暂极端高温（42~45℃，5-20 mins）处理后形成大量的点状结构。这些极端高温诱导形成的GFP-ATG8点状结构与高尔基体共定位，且并不会进入液泡，预示着这些ATG8标记的点状结构不是传统的自噬体。该研究进一步发现热激后高尔基体膜囊垛叠结构消失，细胞中出现大量的成簇泡状结构， ATG8被招募到这些单膜的泡状结构上。电镜三维断层成像分析显示， atg5-1等自噬突变体相比野生型，在热胁迫后恢复阶段高尔基体的重新组装过程显著滞后。该研究首次发现极端高温可导致植物高尔基体膜囊解散，并诱导经典自噬标记蛋白ATG8转位到单膜结构的高尔基体囊泡上，进而招募网格蛋白CLC2并介导ATG8阳性小泡的形成，可能帮助清除高尔基体内腔的变性蛋白，从而有利于热胁迫恢复期高尔基体的重组装。

图1. 短暂热应激导致GFP-ATG8形成大量点状结构。GFP-ATG8点状结构的形成并不依赖于自噬上游调节因子如ATG1等，但依赖于ATG5等脂化修饰调控因子。热应激诱导的ATG8点状结构与高尔基体标记蛋白SYP32等共定位。

图2. 电镜三维断层成像显示在热胁迫后的恢复阶段，自噬突变体中高尔基体垛叠结构的重新组装过程显著滞后。

图3. ATG8介导的非经典自噬调控热胁迫下高尔基体稳态的模式图。

本研究论文以华南师范大学为第一完成单位，由华南师范大学和香港中文大学等多个单位合作完成。华南师范大学周俊博士、杨超博士和香港中文大学马俊才博士为论文并列一作，华南师范大学高彩吉教授、周俊博士和香港中文大学Byung-Ho Kang教授为论文的共同通讯作者。香港中文大学姜里文教授、庄小红教授，华南农业大学李发强教授及绍兴文理学院王超教授参与了该项工作。该研究得到国家自然科学基金国际合作项目、面上项目、霍英东教育基金会、广东省自然科学基金、广州市科技计划项目以及2022年华南师范大学粤港澳大湾区交流项目等基金的支持。

论文原文链接： https://www.nature.com/articles/s41477-023-01398-w

撰稿：周俊

• 发布时间：
• 2023-04-21 09:31:58 来源：华南师范大学生命科学学院 点击： 收藏本文

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