黄巍教授团队发现生物钟调控植物细胞自噬节律的新机制

  近日，我校生命科学学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室和岭南现代农业科学与技术广东省实验室黄巍教授团队在Journal of Integrative Plant Biology（影响因子9.1，生物1区）发表了题为 “The plant circadian clock regulates autophagy rhythm through LUX ARRHYTHMO”的研究论文。

  细胞自噬是真核生物中高度保守的物质稳态机制，通过降解错误折叠的蛋白质和受损的细胞器，实现对营养物质的循环再利用。近年来，越来越多研究表明在动物中自噬途径与生物钟存在着紧密的相互调节的关系。多个生物钟转录因子能够直接调控动物自噬基因的昼夜表达水平，而动物中自噬途径也能够降解生物钟的核心组分从而反馈影响近日节律及其输出途径。然而植物自噬节律与生物钟的调控关系和分子机制仍然不明确。

  该研究发现拟南芥细胞自噬在12 h光照/12 h黑暗（LD）条件下和持续光照（LL）条件下都呈现明显的近日节律变化，说明植物自噬过程受生物钟调控。有意思的是，LL条件和LD条件下相比，自噬节律的表达相位大幅提前，但振幅明显降低。进一步研究发现，植物生物钟关键组分LUX基因的突变导致自噬在LL条件下的节律消失，在LD条件下的昼夜振幅显著增强。并且LUX能够直接结合自噬基因ATG2、ATG8a、和ATG11的启动子，并抑制其转录活性。表型分析发现LUX通过维持适度的自噬活性提高了植物对碳饥饿的耐受性。转录组分析发现自噬节律性在不同植物中都广泛存在，说明生物钟调控自噬节律在植物中是一种保守的机制。最近湖南大学于峰课题组发现生物钟基因TOC1在调控植物自噬节律同意发挥着重要作用(Chen et al., 2022)，说明生物钟通过多条途径调控植物自噬节律。

LUX通过直接抑制自噬基因的表达从而调控自噬节律

华南农业大学博士生杨明康为本文的第一作者，黄巍教授和陈亮副教授为共同通讯作者。中山大学肖仕教授和德国马普学会分子植物生理研究所Bernd Mueller-Roeber教授参与了本研究工作。中科院植物所王雷研究员为本研究提供了实验材料。本研究取得了岭南现代农业实验室项目、广东省重点领域研发计划项目、广东省自然科学基金、广州市科技项目的资助。

图/文  生命科学学院 陈亮