廈門大學(xué)崔勇團(tuán)隊(duì)揭示植物自噬體與液泡融合的分子機(jī)制

植物自噬通過(guò)選擇性降解受損細(xì)胞器和蛋白質(zhì)聚集體，使植物能夠有效應(yīng)對(duì)多種生物和非生物脅迫，并維持正常的生長(zhǎng)發(fā)育。然而，一個(gè)核心而長(zhǎng)期未解的問(wèn)題始終困擾著植物自噬研究領(lǐng)域：植物自噬體究竟如何與液泡發(fā)生融合？在動(dòng)物和酵母系統(tǒng)中，RAB7/Ypt7 被廣泛認(rèn)可為介導(dǎo)自噬體與溶酶體/液泡融合的關(guān)鍵調(diào)控因子。相比之下，植物中的情形更加復(fù)雜且具有爭(zhēng)議性：部分研究觀察到 RABG3b 與 ATG8 共定位；但也有研究指出 RABG3f 并不參與自噬過(guò)程，而 mon1 突變體中的自噬現(xiàn)象似乎也未表現(xiàn)出明顯缺陷。因此，植物中 RAB7 家族成員是否真正參與自噬體–液泡融合過(guò)程，至今仍是一個(gè)備受爭(zhēng)論的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

近日，廈門大學(xué)崔勇團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Autophagy發(fā)表了題為SH3P2-mediated autophagosomal targeting of the CCZ1-MON1-RABG3e module regulates autophagosome-vacuole fusion in Arabidopsis的研究論文，首次系統(tǒng)性地揭示了植物自噬體與液泡融合的關(guān)鍵分子機(jī)制。

研究人員首先對(duì) RABG3 家族蛋白進(jìn)行了系統(tǒng)性的亞細(xì)胞定位分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn) RABG3e 能夠特異性地定位于由 ATG8e 標(biāo)記的晚期自噬體上，而并未出現(xiàn)在由 ATG13a 標(biāo)記的早期自噬泡上，這表明 RABG3e 主要參與自噬后期階段。進(jìn)一步的生化與遺傳學(xué)證據(jù)顯示，RABG3eT22N、mon1、ccz1a ccz1b突變體均表現(xiàn)出顯著降低的自噬通量，同時(shí)伴隨早衰及對(duì)氮素缺乏高度敏感等典型表型。更為引人注目的是，透射電鏡和電子斷層掃描分析揭示，在 RabG3e 功能缺失的背景下，自噬體不斷被新生成的膜結(jié)構(gòu)包裹，形成類似“洋蔥圈”的異常多層結(jié)構(gòu)，提示其與液泡融合的過(guò)程受到嚴(yán)重阻滯。

圖1. mon1、ccz1a ccz1b和mon1 ccz1a ccz1b突變體中多層自噬體的異常積累

此外，通過(guò)蛋白互作分析和細(xì)胞共定位實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)，在自噬被激活的條件下，SH3P2 顯著富集于 ATG8 陽(yáng)性的成熟自噬體表面，并通過(guò)與 CCZ1 的直接相互作用，將 CCZ1–MON1 復(fù)合體高效招募至自噬體膜上。原生質(zhì)體瞬時(shí)表達(dá)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步顯示，在共轉(zhuǎn)入 amiR-sh3p2 的細(xì)胞中，RabG3e 與 ATG8e 的共定位信號(hào)完全消失，提示 SH3P2 介導(dǎo) CCZ1–MON1 的正確膜靶向，是 RabG3e 能夠定位于自噬體并發(fā)揮功能的必需前提。

進(jìn)一步研究顯示，經(jīng) CCZ1–MON1 復(fù)合體激活后的 RABG3e 作為核心的膜融合開(kāi)關(guān)，能夠特異性地將 HOPS 復(fù)合體的關(guān)鍵亞基 VPS39 招募至自噬體–液泡融合界面。VPS39 的敲低導(dǎo)致大量自噬體滯留于細(xì)胞質(zhì)中，提示其在自噬體與液泡膜融合過(guò)程中發(fā)揮不可或缺的作用。蛋白互作質(zhì)譜分析與酵母雙雜實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明，在 VPS39 與 VCL1 的協(xié)同作用下，SYP21、VTI12、SYP51 和 VAMP711 可組裝形成專一性的 SNARE 融合復(fù)合體，從而驅(qū)動(dòng)自噬體膜與液泡膜的最終融合。

圖2. BTH 誘導(dǎo)條件下 SH3P2 將 CCZ1 招募至自噬體膜

綜上所述，研究人員通過(guò)顯微成像、遺傳學(xué)分析、蛋白互作以及超微結(jié)構(gòu)表征，系統(tǒng)揭示了 RAB7 家族成員 RABG3e 在植物自噬體–液泡融合過(guò)程中的核心功能，并首次構(gòu)建了一個(gè)由 SH3P2 → CCZ1–MON1 → RABG3e → VPS39 → SNARE 融合復(fù)合體 逐級(jí)傳遞的全新調(diào)控模型。該模型不僅解決了長(zhǎng)期困擾植物自噬領(lǐng)域的關(guān)鍵爭(zhēng)議，也為深入解析植物乃至農(nóng)作物的抗逆機(jī)制提供了重要理論基礎(chǔ)。

圖3. 植物自噬體與液泡融合的分子機(jī)制模型

廈門大學(xué)崔勇教授為本論文的唯一通訊作者。廈門大學(xué)博士研究生鄭曉慧、已畢業(yè)碩士研究生詹曉彤、博士研究生唐淑菲、博士后李彥斌、張海副教授為本論文共同第一作者，廈門大學(xué)博士研究生齊青、香港中文大學(xué)博士后高嘉陽(yáng)、福建醫(yī)科大學(xué)吳淙賢助理研究員、付志飛教授、香港理工大學(xué)Wilson Chun Yu Lau教授、東京大學(xué)Takashi Ueda教授和香港中文大學(xué)姜里文教授參與了本項(xiàng)工作。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、福建省自然科學(xué)基金和香港研究資助局基金等項(xiàng)目的支持。

崔勇教授于2014年在香港中文大學(xué)姜里文實(shí)驗(yàn)室獲得博士學(xué)位，并繼續(xù)博士后研究工作。2020年加入廈門大學(xué)，入選國(guó)家高層次青年人才，“閩江學(xué)者”特聘教授，兩次獲得國(guó)家教育部高等學(xué)校科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。主要圍繞植物細(xì)胞器開(kāi)展研究，特別是在植物液泡及其相關(guān)細(xì)胞器的生物發(fā)生與功能方面取得了系統(tǒng)性、原創(chuàng)性的研究進(jìn)展。以第一作者/通訊作者在Nature Plants、Molecular Plant、Plant Cell、Autophagy和Trends in Plant Science等國(guó)際著名期刊上共發(fā)表論文十余篇。

崔勇教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期歡迎優(yōu)秀的碩士生、博士生及博士后科研人員加入。

論文鏈接：

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15548627.2025.2593138