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aBIOTECH | 潘荣辉/Jianping Hu 揭示植物线粒体和心磷脂在高温胁迫响应中的变化规律
除了能量代谢功能,线粒体还参与调控动物细胞的应激反应和细胞凋亡。其中,线粒体的标志性脂质——心磷脂(CL)发挥重要作用。然而植物细胞的线粒体和CL如何参与应激反应还不明确。
近日,浙江大学潘荣辉课题组与密歇根州立大学Jianping Hu课题组合作在aBIOTECH发表了题为“Impact of acute heat stress on mitochondrial function, ultrastructure and cardiolipin distribution in Arabidopsis”的研究论文,分析了高温胁迫对植物线粒体功能、结构和CL分布的影响。
在哺乳动物细胞中,线粒体胁迫和损伤会诱导线粒体自噬和程序性细胞死亡(PCD)。在此过程中CL发挥重要作用,CL的酰基通常是高度不饱和的,容易被线粒体胁迫诱导的活性氧分子修饰造成过氧化,然后CL会转移到线粒体表面,从而诱导线粒体自噬,甚至进一步导致线粒体外膜通透化并释放细胞凋亡的诱导因子。作者前期研究显示,植物CL也是高度不饱和的,且CL合成酶缺失的植物对高温等胁迫敏感。然而,人们对植物线粒体和CL如何响应高温等逆境胁迫仍然知之甚少。
为了进一步明确线粒体和CL如何参与植物的应激反应,本研究对拟南芥幼苗进行了不同长度的高温处理(图A-B),发现高温胁迫会导致线粒体的膜电位降低(图C)、活性氧积累(图D)以及超微结构损坏(图E)。与此同时,CL会转移分布到线粒体的外膜以及一种新发现的囊泡结构中(图F-G)。并且,线粒体的膜电势在CL发生重新分布的细胞中也较低,说明CL重新分布与线粒体功能破坏是相关的(图H-I)。本研究揭示了高温胁迫下线粒体和CL的应激反应变化规律,为研究线粒体和CL在植物胁迫响应中的作用机制提供了基础。
Fig.1 Impact of acute heat stress on mitochondrial function, ultrastructure and cardiolipin distribution
浙江大学农业与生物技术学院博士研究生王玉康为文章第一作者,浙江大学潘荣辉研究员和密歇根州立大学Jianping Hu教授共同为通讯作者。该工作得到中国国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、科技部国家重点研发计划、北京生命科学院常规项目、CNTC首席科学家创新项目、美国国家自然科学基金等项目的资助。
引用本文:
Wang, Y., Pan, R. & Hu, J. Impact of acute heat stress on mitochondrial function, ultrastructure and cardiolipin distribution in Arabidopsis. aBIOTECH (2024). https://doi.org/10.1007/s42994-024-00151-x
作者简介
潘荣辉,浙江大学“百人计划”研究员、博士生导师,农业与生物技术学院现代种业研究所副所长,兼任浙江大学杭州国际科创中心合成生物所PI。潘荣辉课题组聚焦植物能量细胞器代谢网络与代谢工程,以及主要农作物中过氧化物酶体在种子和抗逆方面的生理功能,以第一/通讯作者在Trends in Biotech、PNAS、Plant Cell、Developmental Cell等期刊发表多篇论文,参与出版《种子学》、《植物生物技术》等教材,以及《Subcellular Biochemistry》《Methods in Photorespiration》等专著。
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