廣東
近日，山東大學(xué)孫佳琦教授課題組在Science Advances期刊上發(fā)表題為“ER-mitochondria tether ML1 coordinates peripheral fission and wholesale mitophagy for plant adaptation to carbon starvation”的研究論文。該研究首次揭示，一個(gè)碳饑餓誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-線粒體連接蛋白ML1（mitochondria-ER linker 1），通過(guò)在細(xì)胞器接觸位點(diǎn)同時(shí)協(xié)調(diào)線粒體分裂模式轉(zhuǎn)換與“批發(fā)式”線粒體自噬（wholesale mitophagy），實(shí)現(xiàn)了線粒體群體的快速降載與資源回收，為植物適應(yīng)碳饑餓提供了精妙的代謝調(diào)控新范式。生命科學(xué)學(xué)院博士研究生史本慧為論文第一作者，孫佳琦教授、博士后邵陽(yáng)為本文共同通訊作者。
正常生長(zhǎng)條件下，擬南芥根細(xì)胞中表達(dá)Mito-GFP的線粒體中部均等分裂（B）與外周非對(duì)稱(chēng)分裂（C）的活細(xì)胞成像。
植物作為固著生物，常因黑暗、遮陰或非光合組織面臨碳源短缺。線粒體在碳源充足時(shí)供應(yīng)ATP，但碳源匱乏時(shí)自身維護(hù)反而消耗能量，形成代謝悖論。該研究揭示了碳饑餓誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-線粒體連接蛋白ML1協(xié)調(diào)線粒體重塑。借助活細(xì)胞成像，研究定義了兩種分裂模式：產(chǎn)生相似子代的中部均等分裂，與產(chǎn)生小型低膜電位片段的外周非對(duì)稱(chēng)分裂。正常時(shí)均等分裂占主導(dǎo)（約75%）；碳饑餓后外周分裂在24小時(shí)內(nèi)從不足10%飆升至約90%，表明植物能主動(dòng)切換分裂模式實(shí)現(xiàn)線粒體“減負(fù)”。
與傳統(tǒng)認(rèn)知不同，碳饑餓誘導(dǎo)的自噬并非靶向受損的小型片段，而是選擇膜電位正常、中等大小的線粒體進(jìn)行清除，小型片段及過(guò)長(zhǎng)線粒體則被“豁免”。這種不依賴損傷信號(hào)的“批發(fā)式”清除，在自噬缺失突變體中顯著受阻。其目的并非“質(zhì)量控制”，而是快速降低線粒體總體負(fù)擔(dān)并回收資源，實(shí)現(xiàn)“開(kāi)源節(jié)流”。小型低膜電位片段一部分通過(guò)自噬或微自噬降解，待碳源恢復(fù)后再行補(bǔ)充。
碳饑餓處理12小時(shí)后，共表達(dá)Mito-GFP與mCherry-ATG8e的根細(xì)胞中，一個(gè)中等大小線粒體被ATG8e陽(yáng)性吞噬泡逐漸包裹的實(shí)時(shí)成像，顯示了批發(fā)式線粒體自噬過(guò)程。
碳饑餓時(shí)，ML1富集于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-線粒體接觸位點(diǎn)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩件事：促進(jìn)外周分裂以隔離受損區(qū)域，招募自噬蛋白ATG18a啟動(dòng)線粒體自噬，實(shí)現(xiàn)“邊切邊清”的高效協(xié)同。缺失ML1或自噬關(guān)鍵基因的突變體在碳饑餓下均表現(xiàn)出更嚴(yán)重的黃化與生長(zhǎng)抑制；該通路對(duì)氮饑餓不敏感，顯示其對(duì)碳饑餓的特異性。本研究突破了傳統(tǒng)線粒體自噬以“損傷清除”為核心的框架，提出“代謝適應(yīng)性線粒體自噬”新概念，將分裂模式轉(zhuǎn)換、細(xì)胞器接觸位點(diǎn)與選擇性自噬整合到統(tǒng)一調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中。
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