康斯坦茨大學(xué)與許多動(dòng)物不同，植物在遇到惡劣環(huán)境時(shí)無法簡(jiǎn)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(fù)面影響。這包括分解被環(huán)境壓力破壞的細(xì)胞成分和蛋白質(zhì)并回收其有價(jià)值的部分。
在植物中、動(dòng)物和真菌中，這一過程發(fā)生在特殊的消化細(xì)胞器中。然而，需要回收的物質(zhì)必須先被包裝并運(yùn)送到消化細(xì)胞器。
康斯坦茨大學(xué)生物學(xué)家和化學(xué)家組成的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已破譯了包裝過程背后的分子機(jī)制。他們的研究成果發(fā)表在《自然通訊》上上。
對(duì)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(gè)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(duì)于在這些條件下生長(zhǎng)的植物來說，這意味著細(xì)胞成分可能受損，或者聚集物可能積聚，對(duì)細(xì)胞有毒。
這些成分和物質(zhì)的消化對(duì)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(dāng)植物受到壓力時(shí)，擁有一個(gè)功能良好的細(xì)胞回收系統(tǒng)對(duì)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(xué)家ErikaIsono解釋說，她的研究團(tuán)隊(duì)在康斯坦茨大學(xué)生物系擔(dān)任最近的研究的主導(dǎo)角色。
回收過程始于細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)的物質(zhì)被雙層膜的運(yùn)輸囊泡(稱為自噬體)包裹。隨后，物質(zhì)通過這些囊泡被運(yùn)送到消化細(xì)胞器。但是運(yùn)輸囊泡在運(yùn)輸之前是如何密封的呢?
有一臺(tái)包含多個(gè)亞基的分子機(jī)器參與了封閉過程：ESCRT機(jī)器。這種絲狀蛋白復(fù)合物附著在自噬體等膜上。當(dāng)這種情況發(fā)生在開口處時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致開口收縮并封閉。
到目前為止，我們還不太了解ESCRT機(jī)器如何到達(dá)植物細(xì)胞中的自噬體。
“ESCRT機(jī)器以非常相似的方式作用于許多不同的細(xì)胞器和膜。因此，我們有興趣找出它在需要時(shí)是如何被專門招募到自噬體的，”這項(xiàng)研究的主要作者、Isono團(tuán)隊(duì)的博士研究員NiccolóMosesso說。
康斯坦茨的研究人員成功地識(shí)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(shí)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(yùn)輸囊泡的開口處，并可能像軟木塞一樣暫時(shí)密封它們，”Mosesso解釋說。
研究人員推測(cè)，與此同時(shí)，CaLB1凝聚物會(huì)導(dǎo)致ESCRT機(jī)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(jī)制，是康斯坦茨大學(xué)生物學(xué)家和化學(xué)家之間長(zhǎng)期密切、跨學(xué)科合作的結(jié)果。這項(xiàng)基礎(chǔ)研究的成果為未來可能的應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。
Isono總結(jié)道：“從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，了解植物如何應(yīng)對(duì)鹽分脅迫的精確分子知識(shí)可以幫助提高植物的恢復(fù)力，以抵消日益嚴(yán)重的土壤鹽堿化問題。”
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