廣東
近日，上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院包巖課題組聯(lián)合國內(nèi)外多家單位在Science Advances雜志上發(fā)表題為“COST1 stimulates RHD3 GTPase activity to maintain ER morphology and plant growth in Arabidopsis”的研究論文，揭示了植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形態(tài)調(diào)控與植物生長發(fā)育的新機(jī)制。博士后王嬌嬌、2024級(jí)博士生姜健和中國科學(xué)院生物物理研究所博士后任杰為本文共同第一作者；學(xué)院長聘教軌副教授包巖為通訊作者。
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（Endoplasmic reticulum, ER）是真核細(xì)胞中極其重要的膜性細(xì)胞器，具有高度的結(jié)構(gòu)可塑性。在植物中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)于蛋白質(zhì)量控制、脂質(zhì)合成、維持細(xì)胞壁完整性和細(xì)胞器生物發(fā)生尤為重要，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)受損會(huì)阻礙植物生長及環(huán)境適應(yīng)。然而，植物中調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)的分子機(jī)制仍不清楚。
實(shí)驗(yàn)室前期發(fā)現(xiàn)COST1是植物特有DUF641家族蛋白成員，可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬來控制植物抗旱性 (Bao et al., 2020, PNAS)。本研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)COST1是一種膜組分高度富集蛋白，可直接與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜融合關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子dynamin-like GTP酶RHD3相互作用。盡管COST1缺乏跨膜結(jié)構(gòu)域，但可以被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜錨定蛋白的RHD3蛋白招募到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的三向連接處。此外，被招募到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的COST1可以促進(jìn)RHD3的二聚化和蛋白穩(wěn)定性。
生化實(shí)驗(yàn)表明，COST1可使RHD3的GTP水解活性提高約20%，并顯著增強(qiáng)RHD3介導(dǎo)的膜融合能力。進(jìn)一步通過結(jié)構(gòu)模擬、分子篩和化學(xué)交聯(lián)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，COST1與RHD3在體外可形成異源四聚體。遺傳學(xué)和細(xì)胞學(xué)分析顯示，cost1 rhd3雙突變體較單突變體表現(xiàn)出更嚴(yán)重的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)碎片化和發(fā)育遲緩，強(qiáng)調(diào)了它們的協(xié)同作用。轉(zhuǎn)錄組分析顯示，這些表型與植物脅迫應(yīng)答和生長調(diào)控通路失衡密切相關(guān)。
該研究揭示了一個(gè)植物特異性COST1-RHD3調(diào)控模塊，二者協(xié)同調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和形態(tài)，將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜動(dòng)力學(xué)與植物生長、逆境適應(yīng)緊密聯(lián)系起來，為理解植物特有的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)調(diào)控機(jī)制提供了新的視角，也為作物抗逆性改良提供了潛在應(yīng)用價(jià)值。
COST1和RHD3協(xié)同調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的工作模型
science.org/doi/10.1126/sciadv.aee4450
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