新研究發現植物特有囊泡運輸調控因子

12月28日，《美國國家科學院院刊》（PNAS）在線發表華南師范大學生命科學學院高彩吉團隊和張盛春團隊合作的最新成果。他們研究發現了植物特有囊泡運輸調控因子BLISTER（BLI），并揭示其調控Retromer核心復合體組裝和內體定位，進而調控內體介導的細胞膜和液泡蛋白分選的分子機制。

在植物細胞中，膜蛋白被分選轉運至反面高爾基體網狀結構（TGN）暨早期內體（EE）時會面臨兩種命運：一是，被進一步分選至晚期內體（LE）暨多泡體（MVB）進而遞送至液泡降解；二是，被循環回收和逆向轉運至順面高爾基體或細胞質膜。

在第一條降解途徑中，膜蛋白會被內吞體分選轉運復合體（ESCRT）捕獲并分選到多泡體的內腔小泡中。隨后，多泡體與液泡融合，內腔小泡上的膜蛋白即被運輸至液泡內腔中降解。第二條循環回收途徑則主要由逆轉運復合體（Retromer）調控，該復合體是一個進化上高度保守的內體分選（endocytic sorting）復合體，調控跨膜蛋白從內體（endosome）到高爾基體網絡或質膜的逆向囊泡運輸。ESCRT和Retromer復合物通過調控靶蛋白的轉運而廣泛參與植物生長發育和環境應答過程。

高彩吉團隊圍繞植物細胞囊泡運輸和自噬調控機制及生理功能研究，近年來先后揭示了ESCRT和自噬途徑調控植物響應營養和非生物逆境脅迫的功能和分子機理，相繼發表于Nature Plants、EMBO Reports、Molecular Plant、New Phytologist和Trends in Genetics等國際期刊。

ESCRT和Retromer復合體均由多個可溶蛋白組成，它們需要準確組裝成不同的亞復合體并定位到內體等細胞器才能正確行使功能。這其中重要的科學問題是ESCRT和Retromer等復合體如何精確組裝并被適時招募至內體膜上，特別是植物中調控這兩個復合體組裝和內體定位的因子更是知之甚少。

為了進一步發掘調控植物液泡蛋白分選的調控因子，高彩吉團隊對一系列種子發育缺陷突變體中12S球蛋白的積累情況進行分析，發現了一個12S球蛋白前體顯著累積的突變體blister-1（bli-1）。為了探究BLI調控液泡蛋白和膜蛋白分選的分子機理，團隊利用免疫共沉淀-質譜（IP-MS）蛋白質組學技術，發現BLI與Retromer的核心亞基VPS35、VPS29及VPS26存在于同一個蛋白復合物。

通過一系列生化和分子細胞實驗，該團隊進一步發現BLI通過其coiled-coil結構域與VPS35直接互作，最終調控Retromer核心復合物的組裝和內體定位。通過遺傳實驗，該研究進一步證明了BLI與Retromer逆轉運復合體協同調控內體介導的液泡和細胞膜蛋白的分選和轉運。

該研究首次揭示了BLI作為植物特有囊泡運輸調控因子調控種子貯藏型液泡蛋白和細胞膜蛋白分選的功能，并闡釋了植物Retromer復合體的組裝和和內體定位的全新調控機制。結合張盛春團隊前期研究發現，BLI可以在細胞核中調控脂肪酸合成相關基因表達。

該研究表明，BLI作為植物特有蛋白可以在蛋白轉運層面和基因轉錄層面雙重調控種子發育過程，為將來作物遺傳改良和種質創新提供了潛在候選基因和理論依據。

上述研究得到國家自然科學基金國際合作項目、霍英東教育基金會、廣東省自然科學基金以及中國博士后科學基金項目的支持。華南師范大學生命科學學院青年英才黎洪波博士、黃瑞華博士和碩士生廖陽斕為該論文并列第一作者，高彩吉教授和張盛春教授為通訊作者。浙江農林大學教授沈錦波，香港中文大學姜里文教授、莊小紅教授和曾永倫博士，美國威斯康星（麥迪遜）大學教授Marisa S. Otegui參與該項工作。