2024年11月21日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院王浩教授團(tuán)隊在《Nature Communications》(2023 IF:14.7) 上發(fā)表題為“Autophagy modulates Arabidopsis male gametophyte fertility and controls actin organization”的研究論文，該研究揭示了自噬在擬南芥雄配子體發(fā)育和育性中的重要生物學(xué)功能。
自噬(Autophagy)是一種高度保守的細(xì)胞分解代謝過程，在真核生物中調(diào)控雄性育性和有性繁殖發(fā)揮關(guān)鍵生物學(xué)作用。在動物中，核心自噬相關(guān)（ATG）蛋白的突變將出現(xiàn)精子形成和成熟嚴(yán)重缺陷，最終導(dǎo)致雄性不育。但是，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為自噬在擬南芥生殖過程中并非必需，因為絕大多數(shù)擬南芥自噬相關(guān)基因突變體（atg突變體）可以完成生活周期并產(chǎn)生種子，并未表現(xiàn)出顯著的生殖和育性缺陷。
該研究通過對自噬核心功能突變體atg5、atg7及其雙突變體的系統(tǒng)分析，重新闡明了自噬在擬南芥雄性生殖中重要的生物學(xué)功能。研究結(jié)果顯示，這些突變體在花粉萌發(fā)、花粉管生長和種子結(jié)實率方面均表現(xiàn)出部分缺陷，相較于野生型有顯著差異。更重要的是，該研究首次揭示，自噬通過選擇性降解肌動蛋白解聚因子ADF7和Profilin2，調(diào)節(jié)花粉精細(xì)胞形成及花粉管生長時肌動蛋白動態(tài)組織。這一過程依賴關(guān)鍵自噬受體NBR1和ATI，精確靶向肌動蛋白解聚因子ADF7和Profilin2降解，從而維持細(xì)胞中微絲解聚和聚合的動態(tài)平衡，確保細(xì)胞骨架的空間組織和功能正常。
該研究為自噬領(lǐng)域的科學(xué)研究帶來了新的思路，不僅深化了對自噬在植物和哺乳動物系統(tǒng)中功能差異的理解，還為進(jìn)一步探索自噬在調(diào)控植物生殖過程中的分子機(jī)制提供了新的理論知識。研究團(tuán)隊表示，未來將進(jìn)一步深入研究和揭示自噬在植物生殖過程中的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并探索其在農(nóng)業(yè)育種中的潛力。
自噬調(diào)控擬南芥雄配子體發(fā)育和育性的工作模型示意圖
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院閆河博士后和碩士研究生盧鎮(zhèn)為本文的共同第一作者，已畢業(yè)本科生李年樂（中山大學(xué)在讀研究生），倪載略和李雪泉（上海科技大學(xué)在讀研究生）也參與了該研究工作。此外，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后楊明康、吳鴻教授和趙利鋒副教授，以及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)王向鋒副教授對本研究提供了支持和與幫助，王浩教授為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金委重大研究計劃（培育項目和集成項目）、面上項目、青年項目以及中國博士后科學(xué)基金的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54468-8
文/圖 生命科學(xué)學(xué)院 趙利鋒
