濒临死亡的植物起死回生:隐藏在树叶中的衰老之钥

一个多世纪以来，科学家们已经了解了植物细胞中的一种特殊细胞器。然而，加州大学河滨分校的科学家直到现在才发现细胞器在衰老中的关键作用。

研究人员最初开始更普遍地了解植物细胞的哪些部分控制植物对感染、盐过多或光照过少等压力的反应。偶然地，他们发现了这种细胞器，以及一种负责维持细胞器的蛋白质，控制着植物是否能在过于黑暗的情况下存活。

因为他们没有预料到这一发现自然植物期刊上的文章，研究团队非常激动。

“对我们来说，这一发现意义重大。UCR大学杰出的分子生物化学教授、这篇新文章的合著者凯蒂·德赫什说:“我们首次明确了细胞中一种细胞器的深远重要性，这种细胞器以前与衰老过程无关。”

有时被描述为看起来像一堆放气的气球或一些掉落的千层面，称为高尔基体的细胞器由一系列杯状膜覆盖的囊组成。它对细胞中的各种分子进行分类，并确保它们到达正确的位置。

“高尔基像是邮局的细胞。它们将蛋白质和脂质打包并运送到需要它们的地方，”UCR植物学和植物科学部门的研究员、新研究的合著者Heeseung Choi说。“受损的高尔基体会给细胞的活动带来混乱和麻烦，影响细胞的工作和保持健康。”

如果高尔基体是邮局，那么COG蛋白就是邮政工人。这种蛋白质控制和协调小囊“包膜”的运动，小囊“包膜”在细胞内运输其他分子。

此外，COG有助于高尔基体将糖附着在其他蛋白质或脂质上，然后再将其发送到细胞中的其他地方。这种糖修饰称为糖基化，对包括免疫反应在内的许多生物过程至关重要。

为了更多地了解COG如何影响植物细胞，研究小组修改了一些植物，使它们无法产生它。在正常生长条件下，转基因植物生长良好，与未转基因植物没有区别。

然而，剥夺植物的光照意味着植物无法从阳光中制造糖分来促进生长。当暴露在过度黑暗中时，突变株、无COG植物的叶子开始变黄、起皱，这是植物死亡的迹象。

“在黑暗中，COG突变体在第九天左右显示出通常出现在野生、未修饰植物中的衰老迹象。但在变异体中，这些迹象在短短三天内就显现出来了。

逆转这种突变并将COG蛋白重新注入植物体内，使它们迅速恢复了生命。“就像一旦我们逆转了突变，它们就什么也没发生一样，”德赫什说。“这些反应突出了COG蛋白和正常高尔基体功能在压力管理中的至关重要性，”Choi补充道。

围绕这一发现的兴奋部分是因为人类、植物和所有真核生物的细胞中都有高尔基体。现在，植物可以作为一个平台来探索高尔基体在人类衰老中的复杂作用。为此，研究小组正计划进一步研究这项研究结果背后的分子机制。

“我们的研究不仅推进了我们对植物如何衰老的了解，还可能为人类衰老提供关键线索，”德赫什说。“当COG蛋白复合物不能正常工作时，它可能会使我们的细胞衰老得更快，就像我们在植物缺乏光照时看到的那样。这一突破可能对衰老和年龄相关疾病的研究产生深远影响。”

来源: Materials provided by University of California - Riverside. Original written by Jules Bernstein.
注明: Content may be edited for style and length. Journal Reference: Hee-Seung Choi, Marta Bjornson, Jiubo Liang, Jinzheng Wang, Haiyan Ke, Manhoi Hur, Amancio De Souza, Kavitha Satish Kumar, Jenny C. Mortimer, Katayoon Dehesh. COG-imposed Golgi functional integrity determines the onset of dark-induced senescence. Nature Plants, 2023; 9 (11): 1890 DOI: 10.1038/s41477-023-01545-3