南開大學張彥課題組聯(lián)合山東農(nóng)業(yè)大學李廈、熊峰課題組揭示RabGDI家族調(diào)控囊泡運輸?shù)募毎禺愋詸C制

合子的不對稱分裂與花粉管的極性生長均是高度依賴囊泡運輸?shù)募毎麑W過程。雖然Rab GTPase是囊泡運輸?shù)暮诵恼{(diào)控蛋白，但其自身的膜靶向與循環(huán)機制在植物中尚未被完全闡明。近期，南開大學生命科學學院張彥課題組聯(lián)合山東農(nóng)業(yè)大學李廈、熊峰課題組在New Phytologist上背靠背發(fā)表了題為Arabidopsis RabGDIs are essential for the asymmetric division of zygotes and embryonic development和Arabidopsis RabGDIs mediate Rab targeting and are crucial for male gametophytic function的兩項研究，系統(tǒng)解析了擬南芥Rab鳥嘌呤核苷酸解離抑制因子（RabGDI）在胚胎發(fā)育與雄配子體功能中的關(guān)鍵作用，并揭示了其在不同細胞類型中差異化的分子調(diào)控機制。

RabGDI是經(jīng)典Rab GTPase功能的共同調(diào)控樞紐

研究首先確認，擬南芥RabGDI家族三個成員（GDI1, GDI2, GDI3）在體內(nèi)均可特異性結(jié)合演化保守性Rab GTPase（如Rab5/ARA7、Rab7/RabG3b、Rab11/ARA4等），該相互作用依賴于Rab蛋白C末端的酯酰化修飾。功能缺失分析表明，GDI1與GDI2 在體細胞中功能冗余，其雙突變導致合子不對稱分裂缺陷、胚胎致死。GDI2與GDI3 在雄配子體中起主要作用，雙突變造成花粉萌發(fā)率下降、花粉管生長導向異常及雄性育性顯著降低。

Functional loss of RabGDI1 and RabGDI2 results in defective vacuolar dynamics, compromises zygotic division and embryonic cell division.

細胞類型特異性的作用機制：回收與靶向的差異化調(diào)控

深入機制研究表明，RabGDI在不同細胞環(huán)境中執(zhí)行側(cè)重點不同的調(diào)控功能。RabGDI在合子分裂及胚胎早期發(fā)育中，調(diào)控Rab蛋白的“膜回收”。在gdi1 gdi2突變體胚胎中，介導液泡運輸途徑的Rab5（ARA7）無法從多囊泡體/液泡前體膜上被有效抽提，導致其定位紊亂。這一“回收”功能的喪失，直接破壞了液泡的動態(tài)與極性分布，進而影響合子核遷移與細胞分裂面的確立，導致合子對稱化分裂異常、胚胎模式建成缺陷。該機制與動物及酵母中的RabGDI功能一致。

相比而言，RabGDI在花粉管中兼具“回收”與“靶向”雙重功能。在gdi三突變體中，不僅分泌途徑的RabA4b和ARA4滯留在花粉管頂端質(zhì)膜，本應定位在內(nèi)體的Rab5（ARA7）與Rab7（RabG3b）也異常地富集于頂端質(zhì)膜。通過BFA與ConcA抑制劑實驗，證實這種錯誤定位依賴于分泌途徑。這一結(jié)果表明，在花粉管這一特殊細胞類型（快速頂端生長）中，RabGDI不僅負責Rab發(fā)揮功能后從受體膜的抽提，還參與了其靶向供體膜的過程，防止其通過組成型分泌途徑的錯誤靶向。

RabGDIs regulate dynamic targeting of Rab GTPases in pollen tubes.

綜上，該研究系統(tǒng)闡明了RabGDI蛋白在植物發(fā)育中的核心地位。作為演化保守型Rab GTPase的調(diào)控蛋白，RabGDI維持演化保守性Rab5在供體膜與受體膜間的動態(tài)分布。RabGDI蛋白的作用機制存在細胞類型特異性。在合子中主要負責從受體膜回收Rab蛋白；而在花粉管中，其也介導新合成Rab蛋白靶向供體膜。RabGDI在花粉管中的功能可能是適應其快速頂端生長需求的機制特化。

南開大學生命科學學院張彥課題組，協(xié)同山東農(nóng)業(yè)大學李廈教授、熊峰教授，以及香港中文大學姜里文教授、梁子臻博士，共同完成了該研究。南開大學生命科學學院尹桂敏博士與博士生吳亞男為該兩篇論文的共同第一作者。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1111/nph.70708

https://doi.org/10.1111/nph.70500