近日，我校生命科學(xué)學(xué)院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室黃巍教授團(tuán)隊(duì)在Journal of Integrative Plant Biology（影響因子9.1，生物1區(qū)）發(fā)表了題為 “The plant circadian clock regulates autophagy rhythm through LUX ARRHYTHMO”的研究論文。

 細(xì)胞自噬是真核生物中高度保守的物質(zhì)穩(wěn)態(tài)機(jī)制，通過降解錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)和受損的細(xì)胞器，實(shí)現(xiàn)對營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)再利用。近年來，越來越多研究表明在動物中自噬途徑與生物鐘存在著緊密的相互調(diào)節(jié)的關(guān)系。多個(gè)生物鐘轉(zhuǎn)錄因子能夠直接調(diào)控動物自噬基因的晝夜表達(dá)水平，而動物中自噬途徑也能夠降解生物鐘的核心組分從而反饋影響近日節(jié)律及其輸出途徑。然而植物自噬節(jié)律與生物鐘的調(diào)控關(guān)系和分子機(jī)制仍然不明確。

 該研究發(fā)現(xiàn)擬南芥細(xì)胞自噬在12 h光照/12 h黑暗（LD）條件下和持續(xù)光照（LL）條件下都呈現(xiàn)明顯的近日節(jié)律變化，說明植物自噬過程受生物鐘調(diào)控。有意思的是，LL條件和LD條件下相比，自噬節(jié)律的表達(dá)相位大幅提前，但振幅明顯降低。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，植物生物鐘關(guān)鍵組分LUX基因的突變導(dǎo)致自噬在LL條件下的節(jié)律消失，在LD條件下的晝夜振幅顯著增強(qiáng)。并且LUX能夠直接結(jié)合自噬基因ATG2、ATG8a、和ATG11的啟動子，并抑制其轉(zhuǎn)錄活性。表型分析發(fā)現(xiàn)LUX通過維持適度的自噬活性提高了植物對碳饑餓的耐受性。轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)自噬節(jié)律性在不同植物中都廣泛存在，說明生物鐘調(diào)控自噬節(jié)律在植物中是一種保守的機(jī)制。最近湖南大學(xué)于峰課題組發(fā)現(xiàn)生物鐘基因TOC1在調(diào)控植物自噬節(jié)律同意發(fā)揮著重要作用(Chen et al., 2022)，說明生物鐘通過多條途徑調(diào)控植物自噬節(jié)律。

LUX通過直接抑制自噬基因的表達(dá)從而調(diào)控自噬節(jié)律

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生楊明康為本文的第一作者，黃巍教授和陳亮副教授為共同通訊作者。中山大學(xué)肖仕教授和德國馬普學(xué)會分子植物生理研究所Bernd Mueller-Roeber教授參與了本研究工作。中科院植物所王雷研究員為本研究提供了實(shí)驗(yàn)材料。本研究取得了嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金、廣州市科技項(xiàng)目的資助。

圖/文  生命科學(xué)學(xué)院 陳亮