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2019年4月16日

中大與華南師範大學團隊破解植物激素與植物囊泡運輸調控蛋白互作機理為改良農作物抗旱能力提供理論依據

2019年4月16日
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姜里文教授

FREE1蛋白參與調控ABA訊號的模式圖。圖上半部分顯示FREE1蛋白回應ABA訊號進入細胞核。圖下半部分顯示FREE1蛋白形成ESCRT複合物在細胞質中通過調控ABA受體PYLs轉運至液泡降解,進入細胞核在轉錄水準上調控ABA訊號。

香港中文大學(中大)生命科學學院卓敏生命科學教授姜里文教授與華南師範大學高彩吉博士領導的科研團隊,最近在植物囊泡運輸調控蛋白FREE1的研究中再取得突破,發現FREE1一種全新及極為重要的功能:調控植物激素脫落酸(abscisic acid, ABA),能藉此提高植物的生存機會和健康成長。是次研究結果可為將來利用生物技術改良作物抗性提供理論依據。有關研究成果已於近日刊載於著名學術期刊《自然植物》

植物不能像動物般四處移動,尋找食物、水源和舒適環境以維持生命,但卻有能力抑制自己成長,減低外來環境對它們的影響,增加生存機會。例如:植物種子落到乾旱土地不會發芽生長,直至雨水降臨,才結束休眠狀態;透過控制葉子氣孔大小及開合調節蒸騰作用(Transpiration),促進光合作用和避免植物乾旱等。植物激素脫落酸正是負責這些重要功能,是植物生存和生長發育不可或缺的元素。而姜教授及高教授團隊是次研究則首次解開了脫落酸與FREE1調控蛋白的關係,解開它們的相互作用如何影響植物生長發育

姜里文教授的團隊20年來致力研究植物蛋白轉運和細胞器形成的分子機理,並在近期研究中發掘了一個植物特有的囊泡運輸調控蛋白FREE1,並解釋了其調控膜蛋白轉運和自噬降解的功能。相關研究分別於2014和2015年發表於《當代生物學》和《美國科學院院報》。在本次研究中,團隊進一步發現植物激素脫落酸會導致部分FREE1蛋白被磷酸化修飾並進入細胞核。在細胞核內的FREE1蛋白會抑制脫落酸訊號途徑下游轉錄因數的轉錄啟動活性。該研究首次發現了植物囊泡運輸調控蛋白在細胞核內參與調控基因表達的全新功能,並闡釋了FREE1蛋白等囊泡運輸調控因數不僅可以在細胞質中通過調控脫落酸受體轉運至液泡降解而參與脫落酸訊號轉導,還可以直接進入細胞核在轉錄水準上調控脫落酸訊號,說明囊泡運輸途徑和植物環境應答訊號可能在基因表達和蛋白轉運等多個層面存在交叉調控關係。

是次研究主要由姜教授的學生、畢業於中大的高彩吉博士,聯同姜教授及高博士各自的研究生合作進行。高博士於2016年獲選國家青年千人計劃的年青研究員,並獲受聘為華南師範大學教授。姜教授現為中大生命科學學院卓敏生命科學教授兼中大細胞及發育生物學研究中心主任,並於多個國際學術期刊擔任編委。姜教授指導的研究生和博士後研究員因卓越的研究成果多次榮獲各項殊榮,至今已有超過十五名學生在香港,中國內地、新加坡和美國擔任獨立項目負責人。



姜里文教授

姜里文教授

 

FREE1蛋白參與調控ABA訊號的模式圖。圖上半部分顯示FREE1蛋白回應ABA訊號進入細胞核。圖下半部分顯示FREE1蛋白形成ESCRT複合物在細胞質中通過調控ABA受體PYLs轉運至液泡降解,進入細胞核在轉錄水準上調控ABA訊號。

FREE1蛋白參與調控ABA訊號的模式圖。圖上半部分顯示FREE1蛋白回應ABA訊號進入細胞核。圖下半部分顯示FREE1蛋白形成ESCRT複合物在細胞質中通過調控ABA受體PYLs轉運至液泡降解,進入細胞核在轉錄水準上調控ABA訊號。

 

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