拟南芥NBR1介导的叶绿体外膜蛋白选择性自噬降解的机理研究
批准号:
32100193
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张辉
依托单位:
学科分类:
植物光合与固氮
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张辉
中文摘要
叶绿体是植物进行光合作用和环境响应的重要细胞器,在植物发育和抗逆过程中起关键作用。负责叶绿体前体蛋白识别与转运的外膜TOC复合体直接调控着叶绿体内部蛋白组分, 因此外膜TOC蛋白的动态平衡对叶绿体功能的实施至关重要。前期研究结果表明叶绿体外膜TOC蛋白受到泛素-蛋白酶体的直接调控,同时逆境胁迫也可以导致整个叶绿体通过自噬降解。但TOC蛋白是否受到选择性自噬的调控并不清楚。本项目中,申请人首次确认了叶绿体外膜TOC蛋白可以通过选择性自噬途径进行降解,并利用免疫沉淀-质谱(IP-MS)技术获得了一个受体蛋白NBR1,在此基础上,本项目将系统的分析NBR1介导叶绿体选择性自噬的分子机理,揭示叶绿体选择性自噬对叶绿体生长发育、转运活性及逆境抗性方面的调控。另外,申请人将对IP-MS获得的其他受体蛋白进行验证,进一步丰富叶绿体蛋白稳态调控的分子网络,为下一步作物品质和逆境抗性的遗传改良提供理论依据。
英文摘要
Chloroplast is an important organelle for photosynthesis and environment response in plants, and plays vital role in plant development and stress tolerance. The chloroplast outer membrane TOC proteins, which are responsible for the recognition and transport of chloroplast precursor proteins, impact the internal chloroplast proteome. Previous studies have shown that TOC proteins are directly regulated by the ubiquitin-proteasome system, and that abiotic stress can also lead to autophagic degradation of whole chloroplasts. However, it is not clear whether TOC proteins are regulated by selective autophagy. In this project, we confirmed that TOC proteins could be degraded by selective autophagy, and identified a receptor protein NBR1 through IP-MS setting ATG8 as bait. Based on these studies, we will further explore the mechanism of the chloroplast selective autophagy mediated by NBR1. This will lay the foundations for understanding the function of autophagy in chloroplast growth and development, protein import efficiency and stress sresistance. In addition, we will verify other receptor proteins obtained from proteomics, to extend the molecular network of chloroplast protein homeostasis.This study will also provide a theoretical basis for the genetic improvement of crops regarding quality and stress resistance.
叶绿体是植物负责光合作用和环境感应的重要细胞器。大多数叶绿体蛋白是从细胞质通过叶绿体外膜的转运蛋白复合体(TOC)导入的,先前的研究显示,TOC组分受到泛素-蛋白酶体系统(UPS)的调控,进而控制叶绿体蛋白质组分,这对细胞器的功能和植物发育至关重要。我们的研究结果证明,TOC装置也受到K63连接的多泛素化和选择性自噬的调控,我们研究发现了一个新的叶绿体选择性自噬受体蛋白NBR1,结果显示该蛋白可以靶向TOC蛋白,并介导他们转移到液泡中降解。进一步我们发现该蛋白介导的选择性自噬可以进一步调控拟南芥对热及UVB逆境处理的耐受性。这些发现揭示了选择性自噬在特定叶绿体蛋白的蛋白水解调控中的关键作用,以及动态控制叶绿体蛋白导入,该发现对植物应对挑战性环境的具有重要意义。
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