上海植物生理生态研究所科研人员在细胞囊泡运输及离子稳态的调控机制研究中取得重要进展

文章来源:  |  发布时间:2018-01-12  |  【打印】 【关闭

  

  2017年12月28日,《PLoS Biology》杂志在线发表了中科院上海植物生理生态研究所晁代印研究组题为“A new vesicle trafficking regulator CTL1 plays a crucial role in ion homeostasis”的研究论文。该研究揭示了拟南芥胆碱转运蛋白CTL1通过调控囊泡运输影响植物的生长发育及离子平衡的新机制,同时这也是首次有研究发现胆碱在生物体囊泡运输方面发挥着重要作用。 

  胆碱及其后续产物磷脂酰胆碱(PC)是真核细胞细胞膜的重要组成部分,占到细胞膜磷脂总含量的60%,然而它们的含量在从内质网合成,然后经由高尔基体和囊泡运输到质膜的过程中逐渐减少,且在细胞质膜上极性分布在于脂双层外侧,这些现象的意义一直未知,也让人们对于胆碱及PC的功能产生疑惑。晁代印课题组运用离子组学手段,通过正向遗传学筛选,获得一个多种矿质元素含量发生显著变化的突变体sic1,并通过图位克隆证实一个编码胆碱转运蛋白的基因CTL1的点突变导致了该表型。深入研究表明,CTL1基因能够影响拟南芥胞间连丝的发育及其功能,从而阻碍了根部重要转录因子SHR蛋白从中柱向内皮层细胞的移动,造成了sic1突变体中的细胞属性的变化,进而导致HKT1和HMA4等离子转运蛋白基因在根部外皮层异位表达而影响了植株中Na和Zn的含量。此外,细胞生物学的实验结果表明sic1突变体中包括胞吞和蛋白运输在内的囊泡运输过程受到明显抑制,这种囊泡运输过程的异常使得Fe、Mn离子的转运蛋白NRAMP1等膜蛋白的开放交通(protein trafficking)过程和亚细胞定位(subcellular localization)受到影响,从而影响了Mn离子的运输。同时胆碱处理及脂质组分析结果表明,sic1细胞质中的胆碱含量升高打破了细胞膜系统中的磷脂平衡,从而影响了细胞的囊泡运输过程。 

  该研究不仅为理解植物调控离子组稳态提供了新思路,并且在真核生物中首次阐明胆碱和磷脂酰胆碱作为一种重要的细胞膜组分在囊泡运输过程中的重要作用,对人们全面了解囊泡运输这一基础生物学过程提供了新的方向。美国AAAS旗下的EurekAlert “News Release”栏目对该科研成果进行了采访,并与同日刊出。此外,《PLoS Biology》杂志还将在同期刊发 名为“Lipids at the crossroad: shaping biological membranes heterogeneity define trafficking pathways”的评论性综述文章,对该研究成果进行详细的评论和介绍。 

  本工作第一作者为博士生高轶群,助理研究员陈久耿,博士生陈秭如,吕巧燕,博士后安冬等也参与了该研究工作。该项工作得到了中科院先导B,中组部“青年千人计划”,及国家自然科学基金委等项目的资助。