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      学术报道

      我?;в氩牧峡蒲аг夯葡哦釉?稀土)微量元素化学生物学研究中取得突破性进展

      近日,学术期刊Nature Communications以《Lanthanum(III) triggers AtrbohD- and jasmonic acid-dependent systemic endocytosis in plants》为题,报道了我?;в氩牧峡蒲аг夯葡淌谕哦硬捎梅欠派湫韵⊥猎?REEs)自示踪定位、活细胞中相关分子标记自显影等化学生物学技术,与福建农林大学海峡联合研究院杨贞标教授等合作研究的成果。他们研究发现,REEs中镧[La(III)]触发了植物(从叶到根不同器官细胞)依赖NADPH氧化酶(AtrbohD)和茉莉酸(JA)的系统性胞吞信号转导及其系统胞吞,证明生命体中存在着系统胞吞作用。论文链接https://www.nature.com/articles/s41467-021-24379-z。

      真核细胞,构筑了如今地球上纷繁复杂的高等植物、动物和微生物等所有高等生命体。而所有高等生命体的生长发育和繁衍生息均离不开胞吞作用,因其肩负着执行细胞与外界物质交换、能量交换、信息交换等关键功能的重任。同时,胞吞作用又是细胞能量和物质消耗的过程,因此,生命体在长期进化中,其不同细胞形成了适合自身的胞吞作用活性。其中,叶作为植物与地上环境接触的主要器官,长期进化而形成了叶细胞胞吞作用的惰性(以利于阻止环境中生物体非必需和有害物质快速及大量地进入叶细胞,以?;ぶ参锷幌⒓捌涫澄锿陌踩?。

      作为生物体非必需微量元素的REEs,因在多领域的广泛应用而已累积于生物体中。百余年来,REEs生物效应的细胞及分子机制揭示(因REEs细胞化学行为直接可视化及学科交叉探究技术与策略的缺乏),被公认是化学、生物、环境、医学等多学科领域交叉的共性难题。其中,植物存在细胞壁及细胞质膜外酸性环境(pH4.4-5.5),更难实现REEs细胞化学行为可视化与机制揭示。先前黄晓华团队采用放射性REEs[包括140La(III)、141Ce(III)和160Tb(III)]自显影等学科交叉技术研究发现:作用于叶的REE(III)能打破植物叶胞吞惰性的进化规则而激活叶细胞胞吞作用(PNAS, 2014, 111:12936);并揭示La(III)作用于细胞质膜上阿拉伯半乳糖蛋白(AGPs)与质膜内侧适配体(AP2)形成La(III)-AGP-AP2复合物而激活了叶铺板细胞网格蛋白(Clathrin)介导的胞吞作用(CME)(即AP2-Clathrin途径)(PNAS, 2019, 116:14349)。近日该团队研究人员与杨贞标教授等来自国内若干单位的研究人员们合作研究发现:La(III)激活叶铺板细胞CME(AP2-Clathrin途径)后,触发了AtrbohD (一种产生ROS的NADPH氧化酶)和JA协同作用,使被激活的CME信号从叶铺板细胞长距离地转导至根,增强了根铺板细胞中AP2-Clathrin途径的CME,从而确定La(III)诱导了植物系统性(AP2-Clathrin途径的) CME;可激活植物CME的鞭毛蛋白衍生肽flg22,能诱导叶至根细胞的系统CME,证明系统胞吞作用可普遍存在于生命体中;低剂量La(III)诱导的系统CME,促进根细胞对营养元素吸收及其整个植物生长的系统性响应。这些发现,为研究生命体长距离信号转导提供了一个新的范例,并给生命体中胞吞作用的研究带来突破性的认知,且破解了“REE(III)作用于植物局部如何引发植物整体的系统性响应”这一百年难题,也引发相关多学科的全新思考。如,(1)为何植物在面对REEs作用时,要用打破叶细胞“胞吞惰性”进化常规而采用系统性CME(即伴随能量和物质消耗的过程)来响应?(2)叶与根不同器官细胞的系统CME是单向的抑或是双向的?即是否存在REE(III)诱导根到叶细胞的系统胞吞信号转导?(3)在普遍存在CME的动物乃至人体中,REE(III)是否及如何诱导不同器官细胞进行系统CME信号转导?(4)REE(III)是否可通过诱导系统CME,而为动物乃至人体不同器官细胞的药物吸收提供新方法?(5)系统胞吞作用,是否为有害物质进入生命体提供了更多通道?从细胞及分子层次如何寻找到防止有害物质进入生命体的策略?这些问题,值得深入研究。

      南京师范大学化学与材料科学学院为第一作者单位,南京师范大学化学与材料科学学院博士研究生程梦竹和博士后王丽红(现江南大学副教授)为论文的共同第一作者。程梦竹同学自入学以来,已经以第一作者(含共一作者)身份在PNAS、Nature Communications等SCI-TOP刊物发表论文6篇。南京师范大学黄晓华教授和福建农林大学杨贞标教授为共同通讯作者。本研究受到国家自然科学基金(批准号:21977051、21371100、21501068、31170477)、高等学校博士学科点专项科研基金、江苏高校优势学科建设工程项目的经费资助。

      化学与材料科学学院供稿

      • 更新时间

        2021年07月23日 11:30

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      • 供稿

        化科院

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