植物所揭示NADPH氧化酶響應逆境脅迫的自我調節機制

2020-12-07 中國科學院

　　NADPH氧化酶是一種與哺乳動物嗜中性粒細胞gp91phox同源的氧化還原酶，主要參與植物的防禦反應，並調節植物的生長發育。當植物受到生物或非生物脅迫時，該酶會大量產生活性氧，使植物及時對逆境脅迫做出反應，以適應外界環境的變化。儘管對該蛋白的功能已有不少研究報導，但其在活細胞中參與逆境脅迫的機制尚不清楚。 

　　中國科學院植物研究所科研人員及其合作者應用可變角度的全內反射螢光顯微鏡，結合單顆粒追蹤分析技術，在單分子水平上對擬南芥細胞質膜NADPH氧化酶D（RbohD）進行了活體動態分析。結果發現，綠色螢光蛋白標記的NADPH氧化酶（GFP-RbohD）主要分布在細胞膜上，與膜結構的螢光標記物FM4-64共定位，並且該蛋白的定位與囊泡循環的過程密切相關。利用單顆粒追蹤和單分子螢光漂白等技術分析發現，GFP-RbohD在細胞膜上呈高度動態和不均一分布，主要以單聚體和二聚體的形式存在。運用NADPH氧化酶抑制劑（DPI）、鈣離子載體（ionomycin）等處理轉基因材料，發現GFP-RbohD在細胞膜上的擴散係數受到明顯影響，說明其運動狀態與活性密切相關。在鹽脅迫下，GFP-RbohD會通過胞吞進入胞質，使質膜上具有活性的RbohD蛋白減少。與籠型蛋白Clathrin、膜微區標誌蛋白Flot1等三維共定位分析顯示，該蛋白與它們均有不同程度的共定位，同時籠形蛋白依賴的途徑和膜微區依賴的途徑共同參與調控了GFP-RbohD的內吞，特別是在高鹽脅迫下，膜微區途徑顯著增強，使得該蛋白受降解的比例顯著增高。 

　　研究結果從單分子水平上分析了RbohD蛋白的分布、運動狀態以及胞吞過程的變化規律，揭示了植物細胞可以通過調節該蛋白在質膜上的運動狀態及胞吞轉運方式，從而實現對逆境自我調節的機制。 

　　研究結果近期在線發表在國際學術期刊The Plant Cell上。植物所副研究員郝懷慶和博士生範路生為該研究論文的並列第一作者，通訊作者為林金星研究員。研究得到了「973」項目資助和國家自然科學基金委的支持。 

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擬南芥中GFP-RbohD在細胞膜上呈高度動態分布

鹽處理對GFP-RbohD的定位以及運動的影響

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