高彩吉教授课题组发现了新的植物特有囊泡运输调控因子

 近日，国际植物学领域主流学术期刊《New Phytolosist》（IF=8.512）在线发表了国家现代农业与食品前沿产业技术创新战略联盟成员、华南师范大学生命科学学院高彩吉教授课题组题为“A Plant Unique ESCRT Component, FYVE4, Regulates Multivesicular Endosome Biogenesis and Plant Growth”的研究论文，发现了植物特有囊泡运输调控蛋白 FYVE4 ，并揭示了FYVE4通过与 ESCRT-III 复合物亚基 SNF7 互作而共同调控多泡体 (multivesicular endosome , MVE) 形成及植物响应高硼胁迫的功能。

        ESCRT（Endosomal Sorting Complex Required for Transport) 蛋白复合物作为重要的囊泡运输调节因子在真核生物中高度保守，其由 ESCRT-0、-I、-II和-III复合物及一些附属蛋白组成，通过调控多泡体形成和液泡蛋白分选降解而广泛参与植物环境胁迫应答过程（Gao et al., 2017）。许多囊泡运输调控蛋白含有脂质结合结构域（lipid-binding domain，如FYVE 和Phox homology），可以特异性结合磷脂酰肌醇（phosphoinositide, PI），从而被招募到内体（endosome）的膜上，但植物中多数磷脂酰肌醇结合蛋白功能未知。本研究中，研究人员首次发现 FYVE 结构域蛋白 FYVE4 的功能缺失突变体 fyve4-1 对高硼处理超敏感，且突变体中硼转运蛋白BOR1在高硼处理条件下被错误转运到液泡膜而不能正确分选到液泡内腔进行降解。进一步研究发现 FYVE4 与 ESCRT-III 复合物亚基 SNF7 互作，影响 SNF7 以及 VPS4 到内含体膜上的募集，从而参与调控植物细胞多泡体内腔小泡（intraluminal vesicles, ILVs）的形成和泛素化膜蛋白的分选及降解。该研首次发现植物特有蛋白FYVE4作为ESCRT-III复合体相关蛋白参与调控多泡体形成，并介导质膜蛋白如BOR1的液泡降解从而帮助植物在高硼环境下维持细胞内硼元素的稳态平衡。

        高彩吉教授课题组一直致力于探究植物细胞囊泡运输途径（ESCRT和细胞自噬）在植物环境应答过程中的作用机制研究，先后揭示了植物特有ESCRT组分蛋白FREE1调控植物ABA信号响应和缺铁胁迫响应的分子机制（Li et al., 2019, Nature Plants; Xiao et al., 2020, J Integr Plant Biol），并阐释了氮饥饿和光照到黑暗的转变过程诱导植物细胞自噬的转录调控机制 (Yang et al., 2020, Molecular Plant; Yang et al., 2020,Trends in Genetics)。本研究在前期研究的基础上，进一步解析了囊泡运输途径参与调控植物环境应答的分子机制。

        华南师范大学生命科学学院在读博士生刘传良、博士后黎洪波以及香港中文大学生命科学学院博士后曾勇伦博士为论文共同第一作者，华南师范大学高彩吉教授为通讯作者。香港中文大学姜里文教授，华南师范大学陈同生教授和美国威斯康星（麦迪逊）大学 Marisa S. Otegui 教授也参与了该项工作。该研究得到国家自然科学基金和广东省自然科学基金的等基金的支持。