条条大路通 GUN1

2007年3月29日

条条大路通 GUN1

2007年3月29日

加州拉霍亚——科学家们已经识别出三种不同的信号，它们表明叶绿体受损。叶绿体是植物细胞的光合作用工厂，赋予植物绿色，但人们对其信号如何传递给细胞核知之甚少。索尔克生物研究所的科学家们在解释叶绿体如何让细胞核得知周边发生问题时，以及如何据此调整核基因表达方面取得了重大进展。.

科学家在3月29日刊的《科学》杂志上报道说，多个紧急信号汇集到一条通路，并将信息传递给一个核主开关。 科学快车. 作为回应，细胞会同时关闭数百个与光合作用相关的基因，以缓解叶绿体危机。.

植物将大部分遗传信息储存在细胞核中，但作为细胞能量工厂的叶绿体和线粒体也承担了一部分责任。然而，叶绿体和线粒体包含数千种外来蛋白质，这些蛋白质需要与少数在细胞核中编码的蛋白质以及一些本地产生的蛋白质协同工作。.

“这种安排需要细胞器与细胞核之间密切协调的交流，但正如该研究的首席作者所说，关于叶绿体与细胞核之间的信号通路知之甚少。, 乔安妮·乔利博士., 植物生物学实验室教授兼主任，霍华德·休斯医学研究所研究员。.

该研究的基础可能为其他生物学研究领域提供见解。例如，细胞器之间不受阻碍的信息流动的重要性已在某些类型的癌症中得到说明，在这些癌症中，线粒体与细胞核之间的通讯中断会加速肿瘤的进展。.

叶绿体中的绿色叶绿素吸收光能，这不仅能释放氧气，最终还能将空气中低能量的二氧化碳转化为高能量的化合物，如葡萄糖和淀粉。叶绿体是植物的基本生命线，因此细胞必须了解其功能状态至关重要。.

在早期的工作中，Chory实验室发现逆行信号（即从叶绿体到细胞核的信号）的一个重要功能是协调叶绿体中合成的光合蛋白与细胞核中编码的亚基的生物合成。然后，这些蛋白质在叶绿体中组装成功能性复合物。在拟南芥植物中进行的实验 拟南芥, 植物生物学家的“试验品”，他们发现，当叶绿素前体分子在叶绿体中积累时，数百个核基因会被关闭，以切断被卡住的供应线。抑制叶绿体蛋白质合成的除草剂也产生相同效果。.

在极端光照条件下，例如活性氧开始积聚时，植物细胞会主动减小集光复合体的尺寸以缓解氧化应激。“为了保护叶绿体免受过度光合作用副产物的活性氧分子的损害，叶绿体指示细胞核暂时”冷却’一下，”Chory解释说。.

尽管很明显所有这些不同的信号都必须传递到细胞核以引发保护性反应，但尚不清楚这些信息是如何传递的。为了开始填补这些空白，共同第一作者、乔里实验室前博士后研究员、现任印度海得拉巴先锋公司研究员 Ajit Nott 开始研究 拟南芥 基因组以及允许植物对叶绿体损伤做出反应的基因。.

他的搜索结果是GUN1，这是 g基因组 联合国耦合 1. 他可以将一种核编码的蛋白质追踪到叶绿体内的特定区域。无论叶绿体承受何种胁迫，所有信号都导向GUN1，然后才传递到细胞核。.

“确定 GUN1 的身份是了解逆行信号机制的一个重要且期待已久的进展，”Nott 说，并补充说：“多种逆行信号的汇聚和 GUN1 蛋白的性质促使我们修正了关于脂质体实际逆行信号的假设。”

共同第一作者Shai Koussevitzky，现任内华达大学雷诺分校的研究助理，研究了信号通路的末端：受到逆行信号影响的核基因。他识别出大多数受逆行信号影响的基因调控区域中的一个短基序，并将ABI4确定为相应的结合因子。.

光诱导基因通常在光合作用中起核心作用，而且往往会被导入叶绿体。“我们提出 ABI4 结合新识别出的序列基序，从而阻止光诱导的调控因子激活基因表达，”Koussevitzky 说。“ABI4 可能是之前提出的、协调植物对环境胁迫反应的‘总开关’。”

这项工作得到了霍华德休斯医学研究所和能源部赠款的资助。Shai Kousssevitzky得到了EMBO和霍华德休斯医学研究所的支持，Ajit Nott得到了达蒙·朗恩癌症基金的支持。.

位于加利福尼亚州拉霍亚的萨尔克生物研究所是一家独立的非营利组织，致力于基础生命科学发现、改善人类健康以及培养下一代研究人员。其脊髓灰质炎疫苗在1955年几乎根除了这种致残疾病小儿麻痹症的乔纳斯·萨尔克医学博士于1965年开设了该研究所，该研究所得到了圣地亚哥市的土地赠与以及“March of Dimes”的财政支持。.