PNAS | 郭岩课题组揭示气孔关闭调控新机制
发布日期:2019-10-10 浏览次数:  信息来源:生物学院

 

植物的气孔是植物感受外界环境刺激的重要通道。气孔运动受环境刺激(如水分、光照、CO2等)以及内源因素(ABA、活性氧等)的严格调控【1】。保卫细胞响应来自植物体内外的信号,相应地改变液泡膨压, 调节气孔的开度。保卫细胞液泡在调节气孔运动中起着关键作用。植物激素、光照和水分调节保卫细胞液泡形态变化和气孔运动【2】

 

衔接蛋白AP3(adaptor protein 3)复合物参与高尔基体小泡的形成,并介导高尔基体到液泡/溶酶体的货物选择性蛋白转运【3】。AP3M是异源四聚体形式的衔接蛋白AP3复合体的中亚基,在从高尔基体向液泡的蛋白转运过程中负责识别货物蛋白的酪氨酸信号。AP3复合物对植物的发育和各种细胞活动,尤其是液泡的正常功能至关重要【4,5】。微丝结合蛋白通过影响微丝骨架的动态变化也参与气孔闭合过程中液泡形态的改变【6】。然而,AP3与微丝的重组调控气孔运动之间的关系仍不清楚。

 

近日,PNAS在线发表了植物生理学与生物化学国家重点实验室郭岩教授课题组题为AP3M harbors actin filament binding activity that is crucial for vacuole morphology and stomatal closure in Arabidopsis的研究论文,揭示了拟南芥衔接蛋白AP3M通过结合并切割微丝在液泡形态和气孔闭合中起着重要的作用。


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该研究发现,拟南芥缺失AP3M导致下胚轴表皮细胞中微丝状态改变、单根微丝被切割的频率降低和微丝寿命延长、保卫细胞中微丝随气孔关闭动态变化滞后、气孔关闭迟缓、叶表面温度降低以及离体叶片失水加速。体外高速离心共沉淀实验和原生质体共定位实验结果显示,AP3M通过其保守的232–256氨基酸片段直接结合微丝,其中246 S、250 L和251 S是其结合微丝的关键位点。体外高速离心共沉淀实验、微丝染色实验和全内反射荧光显微镜实验显示,AP3M具备微丝切割能力。荧光漂白恢复实验显示,AP3M与微丝的结合会影响SUC4转运到液泡膜上的效率。与ap-3m类似,AP3复合体的两个大亚基ap3d ap3b的双突变体和suc4突变体也表现出气孔关闭迟缓、叶表面温度降低和离体叶片失水加速的表型。


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F-actin binding activity of AP3M is required for maintaining vacuole morphology in guard cells

 

研究结果表明,AP3M的F-actin结合域的突变在体外破坏了其F-actin结合活性,导致保卫细胞中液泡形态异常,并降低了液泡膜上SUC4的水平。AP3M的F-actin结合活性对于依赖于AP3的货物蛋白在液泡膜上精确定位和气孔闭合过程中保卫细胞液泡形态调节是必需的。


综上所述, 该研究揭示了拟南芥的衔接蛋白AP3M能够结合并切割微丝,且AP3M与微丝的作用影响了其蛋白转运功能,导致液泡形态和动态的改变,参与调控气孔关闭。


据悉,植物生理学与生物化学国家重点实验室的博士生郑文娜为该论文的第一作者,郭岩教授为该论文的共同通讯作者。清华大学的黄善金教授团队合作完成了这项工作。(需登录网关)



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