近日，南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院遲偉教授課題組在New Phytologist上發(fā)表了題為Dual localization of translocon subunit Tic56 to chloroplasts and mitochondria modulates rRNA accumulation in both organelles的研究論文，揭示了高等植物細(xì)胞器蛋白定位的全新機(jī)制，對(duì)植物細(xì)胞內(nèi)蛋白“物流系統(tǒng)”有了更生動(dòng)的認(rèn)識(shí)。

如果把植物細(xì)胞看作一座城市，葉綠體和線粒體就是兩座至關(guān)重要的“能源工廠”，前者負(fù)責(zé)光合作用，后者掌管呼吸作用。長(zhǎng)期以來(lái)，普遍認(rèn)為這兩座工廠各自擁有獨(dú)立的“門禁系統(tǒng)”：每個(gè)工廠只認(rèn)特定的“通行證”（信號(hào)肽），將不同的蛋白精準(zhǔn)運(yùn)送到對(duì)應(yīng)位置。然而，有一類特殊的“雙重間諜”蛋白，竟能同時(shí)進(jìn)入兩家工廠，其背后的定位機(jī)制一直成謎。經(jīng)典理論認(rèn)為，這類蛋白的“通行證”可能比較“模糊”：既可以被葉綠體識(shí)別，也可以被線粒體識(shí)別。但遲偉教授課題組的最新研究，卻揭示了一個(gè)完全不同的機(jī)制。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)名為Tic56的蛋白，原本被認(rèn)為是葉綠體“專屬員工”，但實(shí)際上它也悄悄出現(xiàn)在線粒體中。更令人稱奇的是，它的“雙重身份”還會(huì)“看人下菜碟”：在葉片等綠色組織中，它只去葉綠體；而在根等非光合組織中，它卻只在線粒體“上崗”。這種組織特異性雙定位，在雙定位蛋白中極為罕見(jiàn)。進(jìn)一步探索機(jī)制時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)排除了“信號(hào)肽模糊”的可能性。他們發(fā)現(xiàn)，Tic56的N端48個(gè)氨基酸雖然可以將其牽引至葉綠體，但并不是靠“模糊”來(lái)左右逢源，而是可能通過(guò)與脂類分子形成一種特殊結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)線粒體定位。更出人意料的是，如果將這種結(jié)構(gòu)“嫁接”到其他葉綠體蛋白上，后者原有的葉綠體“通行證”會(huì)被掩蓋，轉(zhuǎn)而也被運(yùn)往線粒體。這相當(dāng)于發(fā)現(xiàn)了一套全新的“偽裝系統(tǒng)”。

這種獨(dú)特的雙定位機(jī)制并不僅限于擬南芥和大豆等雙子葉植物的Tic56蛋白，在單細(xì)胞光合生物萊茵衣藻中同樣存在，暗示它可能是一種在進(jìn)化上高度保守的機(jī)制。該研究不僅為理解光合生物細(xì)胞器轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的進(jìn)化提供了新線索，也為探究植物葉綠體與線粒體之間的信號(hào)對(duì)話開辟了新窗口。

已畢業(yè)博士生郭蔭杰、在讀碩士生張家睿、在讀博士生曹婷為該論文的共同第一作者，遲偉教授為論文通訊作者。瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)Jean-David Rochaix教授在研究起始階段給予了深入指導(dǎo)，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)端木德強(qiáng)教授為本研究提供了萊茵衣藻mRNA樣品。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省攀登計(jì)劃、江蘇省優(yōu)勢(shì)學(xué)科等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.71152