近日，我校生命科學學院、亞熱帶農業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室和嶺南現代農業(yè)科學與技術廣東省實驗室黃巍教授團隊在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。

 細胞自噬是真核生物中高度保守的物質穩(wěn)態(tài)機制，通過降解錯誤折疊的蛋白質和受損的細胞器，實現對營養(yǎng)物質的循環(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節(jié)的關系。多個生物鐘轉錄因子能夠直接調控動物自噬基因的晝夜表達水平，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)律與生物鐘的調控關系和分子機制仍然不明確。

 該研究發(fā)現擬南芥細胞自噬在12 h光照/12 h黑暗（LD）條件下和持續(xù)光照（LL）條件下都呈現明顯的近日節(jié)律變化，說明植物自噬過程受生物鐘調控。有意思的是，LL條件和LD條件下相比，自噬節(jié)律的表達相位大幅提前，但振幅明顯降低。進一步研究發(fā)現，植物生物鐘關鍵組分LUX基因的突變導致自噬在LL條件下的節(jié)律消失，在LD條件下的晝夜振幅顯著增強。并且LUX能夠直接結合自噬基因ATG2、ATG8a、和ATG11的啟動子，并抑制其轉錄活性。表型分析發(fā)現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。轉錄組分析發(fā)現自噬節(jié)律性在不同植物中都廣泛存在，說明生物鐘調控自噬節(jié)律在植物中是一種保守的機制。最近湖南大學于峰課題組發(fā)現生物鐘基因TOC1在調控植物自噬節(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控植物自噬節(jié)律。

LUX通過直接抑制自噬基因的表達從而調控自噬節(jié)律

華南農業(yè)大學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。中山大學肖仕教授和德國馬普學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驗材料。本研究取得了嶺南現代農業(yè)實驗室項目、廣東省重點領域研發(fā)計劃項目、廣東省自然科學基金、廣州市科技項目的資助。

圖/文  生命科學學院 陳亮