研究人員破譯了植物細胞回收的分子機制

康斯坦茨大學與許多動物不同，植物在遇到惡劣環(huán)境時無法簡單地遷徙到其他地方。因此，它們更依賴于有辦法有效地抵消有害環(huán)境影響(也稱為環(huán)境壓力)的負面影響。這包括分解被環(huán)境壓力破壞的細胞成分和蛋白質(zhì)并回收其有價值的部分。

在植物中、動物和真菌中，這一過程發(fā)生在特殊的消化細胞器中。然而，需要回收的物質(zhì)必須先被包裝并運送到消化細胞器。

康斯坦茨大學生物學家和化學家組成的跨學科團隊現(xiàn)已破譯了包裝過程背后的分子機制。他們的研究成果發(fā)表在《自然通訊》上上。

對于管理環(huán)境壓力尤為重要

高鹽度土壤是植物可能遇到的環(huán)境壓力的一個典型例子。如今，全球約有20%的農(nóng)業(yè)用地因土壤鹽堿化而無法耕種。對于在這些條件下生長的植物來說，這意味著細胞成分可能受損，或者聚集物可能積聚，對細胞有毒。

這些成分和物質(zhì)的消化對植物有雙重好處：去除有害物質(zhì)并回收寶貴的分子資源。

“當植物受到壓力時，擁有一個功能良好的細胞回收系統(tǒng)對它們來說尤為重要。這些植物需要產(chǎn)生許多新的蛋白質(zhì)和分子，而回收過程為它們提供了重要的原材料，”生物化學家ErikaIsono解釋說，她的研究團隊在康斯坦茨大學生物系擔任最近的研究的主導角色。

回收過程始于細胞內(nèi)相應的物質(zhì)被雙層膜的運輸囊泡(稱為自噬體)包裹。隨后，物質(zhì)通過這些囊泡被運送到消化細胞器。但是運輸囊泡在運輸之前是如何密封的呢?

有一臺包含多個亞基的分子機器參與了封閉過程：ESCRT機器。這種絲狀蛋白復合物附著在自噬體等膜上。當這種情況發(fā)生在開口處時，這會導致開口收縮并封閉。

到目前為止，我們還不太了解ESCRT機器如何到達植物細胞中的自噬體。

“ESCRT機器以非常相似的方式作用于許多不同的細胞器和膜。因此，我們有興趣找出它在需要時是如何被專門招募到自噬體的，”這項研究的主要作者、Isono團隊的博士研究員NiccolóMosesso說。

康斯坦茨的研究人員成功地識別并描述了ESCRT依賴性自噬體成熟中的關(guān)鍵主角：CaLB1蛋白。

不僅僅是臨時解決方案

“我們發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)在鹽脅迫下與自噬體膜的成分相互作用。它在那里積聚并形成大的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可能位于運輸囊泡的開口處，并可能像軟木塞一樣暫時密封它們，”Mosesso解釋說。

研究人員推測，與此同時，CaLB1凝聚物會導致ESCRT機器附著在自噬體的開口區(qū)域并將其永久密封。

成功解開這一機制，是康斯坦茨大學生物學家和化學家之間長期密切、跨學科合作的結(jié)果。這項基礎(chǔ)研究的成果為未來可能的應用奠定了重要基礎(chǔ)。

Isono總結(jié)道：“從長遠來看，了解植物如何應對鹽分脅迫的精確分子知識可以幫助提高植物的恢復力，以抵消日益嚴重的土壤鹽堿化問題。”

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