自噬:保护植物免受压力环境影响的重要生物过程

摘要

植物是固结生物，无法逃脱压力环境，如干旱、高温和土壤中必需矿物质的短缺。因此，植物已经进化出了保护自己免受这些有害条件伤害的实践过程。

自噬

植物是固结生物，无法逃脱压力环境，如干旱、高温和土壤中必需矿物质的短缺。因此，植物已经进化出了保护自己免受这些有害条件伤害的实践过程。其中一个重要的过程是自噬，这是一种破坏参与有效生长的特定化合物的机制，需要大量的能量输入，另一方面刺激保护植物免受压力的生物过程。自噬可以作为一种选择性过程，在植物对轻微的胁迫做出反应时，例如雨水的轻微短缺和/或土壤中重要矿物质的不显著缺乏，或者是一种批量过程，在胁迫条件下，清除可能有害的主要成分，并刺激重要的应力保护成分的产生。保护植物免受压力环境影响的主要机制之一是自噬，这是一种生物机制，负责在压力下更换不需要的成分。自噬可以是一个批量过程，在主要压力下大量释放各种成分，也可以是一个选择性过程，在特定和/或相对较小的环境线索下释放特定成分。自噬的主要蛋白质成分之一是一种泛素样蛋白，称为Atg8。这种蛋白质参与自噬过程，特别需要形成自噬体。植物拥有9种Atg8蛋白异构体，这表明该蛋白在自噬过程中保护植物免受各种胁迫的重要性[1，2]。

为了阐明与植物选择性自噬相关的植物生物学过程，我们以拟南芥自噬相关蛋白Atg8f为诱饵，进行了酵母双杂交分析。该分析确定了许多Atg8f结合蛋白，它们都包含一个或多个自噬相互作用motif (autophagy - interacting Motifs, AIMs)，因此表明这些蛋白的功能及其稳态水平与选择性自噬有关。其中一种被称为“自噬相互作用蛋白1”(ATI1)的atg8结合蛋白被进一步进行了更详细的研究。当在正常的非应激生长条件下生长时，ATI1部分与内质网(ER)膜相关。此外，当植物暴露于碳或氮饥饿时，ATI1被组装成两种不同类型的新体，这些新体与内质网(ER)或质体有关。

当植物暴露于碳饥饿或氮饥饿时，ATI1被合并到新的体中，这些体要么沿着ER网络移动，要么被定位在质体内。这些新体随后被运送到中央液泡中，其中的内容物显然在质体内翻转。有趣的是，过表达ATI1的植物幼苗发芽更快，对碳或氮饥饿的耐受性增强，而抑制ATI1表达的植物对碳或氮饥饿的耐受性降低，这表明使用ATI1的生物过程使发芽幼苗生长更快，对胁迫的耐受性增强[2-4]。

上述结果为利用遗传和/或遗传工程方法增强植物萌发和抗逆性开辟了新的途径，这些方法可以增强ATI1的产生和细胞内运输。

参考文献

1. Honig A，等。在拟南芥植物暴露于碳饥饿环境后，一种由植物特异性atg8相互作用蛋白定义的新型隔室被诱导。《植物科学》2012;
2. Honig A，等。选择性自噬在植物萌发和营养饥饿应答中的作用。自噬。2012;1;8:838 - 839。
3. Michaeli S，等。拟南芥ATG8-INTERACTING PROTEIN1参与自噬依赖的质体蛋白到液泡的囊泡运输。《植物科学》2014;26:4084-4101。
4. Michaeli S，等。植物的自噬——菜单上有什么新东西?植物科学进展。2015;15:1360-1385