首尔大学发现热胁迫触发自噬调控细胞扩张新机制

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MPlant植物科学

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资源所属：

农业生物技术专题

类型：

前沿资讯

语种：

中文

原文发布日期：

2023-11-24

摘要：

近日，韩国首尔大学Pil Joon Seo课题组在Plant Communications发表了题为“Heat-induced leaf epidermal cell damage triggers autophagy-mediated mesophyll cell expansion in Arabidopsis”的研究论文。该研究发现热胁迫触发自噬调控植物叶肉细胞扩张的新机制。该研究首先将拟南芥幼苗暴露在40°C的严重热冲击下70分钟，然后在正常生长条件下恢复7天。结果显示，大约50%的受热胁迫的幼苗在叶表面形成了透明的细胞块。经过仔细观察发现，该细胞块由一个单个的杆状细胞组成，类似于挪威云杉胚胎悬浮细胞，其表面积约为5,000 μm2。进一步观察发现，细胞扩展主要发生在受热损伤表皮下的叶肉细胞中。研究人员利用流式细胞仪和拟南芥突变体测试细胞扩展是否与核内复制、细胞分裂素或生长素有关，发现这些因素都不影响细胞扩张的发生，表明热诱导的细胞扩展是由一种新的机制介导。之前有研究报道胚胎悬索细胞的扩展与程序性细胞死亡（PCD）相关。该研究利用细胞活力检测、转录组分析和透射电镜观察等方法，证实了这些膨胀细胞已经死亡，并且表现出氧化应激、免疫应答和自噬等与PCD相关的信号。研究进一步发现细胞自噬相关基因在高温胁迫下显著上调，且自噬突变体不能产生叶肉细胞扩展的现象，说明自噬在高温诱导的细胞膨胀中起到了重要的作用。虽然细胞自噬如何导致细胞扩展还不清楚，研究人员推测自噬加速了细胞质物质向液泡的转运，从而导致叶肉细胞扩展。进一步实验发现，ERF115响应热胁迫诱导，但PAT1不响应；erf115 pat1-2双突变体细胞自噬减弱，且热诱导的叶肉细胞扩展受到抑制；ChIP-qPCR分析发现ERF115能够直接调控自噬基因ATG1b和ATG2的表达。此外，研究还发现，ERF115过表达植株叶肉细胞扩展并没有增多，表明ERF115对细胞扩展是必要的而非充分的。总之，该研究发现高温胁迫会导致表皮细胞死亡，从而激活邻近的叶肉细胞中的ERF115基因，该基因能够直接调控自噬基因ATG1b和ATG2的表达，进而促进自噬活性和叶肉细胞扩展。该研究结果为热胁迫诱导细胞扩展提供新的见解，至于细胞自噬如何介导叶肉细胞扩展还有待进一步研究。