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责编 | 王一
在植物细胞中，膜蛋白被分选转运至反面高尔基体网状结构 (TGN) 暨早期内体 (EE) 时会面临两种命运：1）被进一步分选至晚期内体 (LE) 暨多泡体 (MVB) 进而递送至液泡降解，2）被循环回收和逆向转运至顺面高尔基体或细胞质膜。在第一条降解途径中，膜蛋白会被内吞体分选转运复合体 (ESCRT) 捕获并分选到多泡体的内腔小泡中。随后，多泡体与液泡融合，内腔小泡上的膜蛋白即被运输至液泡内腔中降解。第二条循环回收途径则主要由逆转运复合体 (Retromer) 调控，该复合体是一个进化上高度保守的内体分选 (endocytic sorting) 复合体，调控跨膜蛋白从内体 (endosome) 到高尔基体网络或质膜的逆向囊泡运输。ESCRT和Retromer复合物通过调控靶蛋白的转运而广泛参与植物生长发育和环境应答过程，比如华南师范大学高彩吉课题组近年来先后揭示了FREE1和FYVE4等植物特有ESCRT组分调控植物响应非生物胁迫的功能 (Li et al., 2019, 2022a, 2022b; Liu et al., 2021; Xiao et al., 2019)。ESCRT和Retromer复合体均由多个可溶蛋白组成，它们需要准确组装成不同的亚复合体并定位到内体等细胞器才能正确行使功能。这其中重要的科学问题是ESCRT和Retromer等复合体如何精确组装并被适时招募至内体膜上，特别是植物中调控这两个复合体组装和内体定位的因子更是知之甚少。
2022年12月28日，华南师范大学高彩吉教授课题组和张盛春课题组合作在PNAS在线发表了题为A Plant-unique Protein BLISTER Coordinates with Core Retromer to Modulate Endosomal Sorting of Plasma Membrane and Vacuolar Proteins的研究论文，发现了植物特有囊泡运输调控因子BLISTER (BLI)，并揭示了其调控Retromer核心复合体组装和内体定位，进而调控内体介导的细胞膜和液泡蛋白分选的分子机制。
在种子形成过程中，贮藏蛋白正确分选和转运至储存型液泡（Protein Storage Vacuoles，PSV）对于种子发育至关重要，植物液泡蛋白转运缺陷型突变体的种子通常表现出颗粒小或严重皱缩等发育缺陷。为了进一步发掘调控植物液泡蛋白分选的调控因子，该研究对一系列种子发育缺陷突变体中12S球蛋白的积累情况进行分析，发现了一个12S球蛋白前体显著累积的突变体blister-1 (bli-1)。进一步通过共聚焦和透射电镜发现，在bli-1突变体中PSV形成异常，储存型液泡和可溶性液泡蛋白不能被正确分选至液泡内腔。此外，进一步研究发现BLI也参与调控膜蛋白如PIN2从内体到质膜的逆向转运，bli-1突变体中PIN1和PIN2等细胞膜蛋白从内体到细胞膜逆向转运过程存在缺陷。
图：BLI调控Retromer核心复合体的组装和内体定位，进而调控细胞膜蛋白和种子中贮藏型液泡的分选和转运过程。
为了探究BLI调控液泡蛋白和膜蛋白分选的分子机理，该研究利用免疫共沉淀-质谱（IP-MS）蛋白质组学技术，发现BLI与Retromer的核心亚基VPS35、VPS29及VPS26存在于同一个蛋白复合物。通过一系列生化和分子细胞实验，该研究进一步发现BLI通过其coiled-coil结构域与VPS35直接互作，且证实了BLI的coiled-coil结构域对BLI调控囊泡运输过程至关重要。亚细胞定位观察显示，BLI与Retromer组分部分共定位，并调控Retromer核心复合物的组装和内体定位。在bli-1突变体中，Retromer核心复合体的组装及其内体定位均存在一定程度的缺陷。通过遗传实验，该研究进一步证明了BLI与Retromer逆转运复合体协同调控内体介导的液泡和细胞膜蛋白的分选和转运。
该研究首次揭示了BLI作为植物特有囊泡运输调控因子调控种子贮藏型液泡蛋白和细胞膜蛋白分选的功能，并阐释了植物Retromer复合体的组装和和内体定位的全新调控机制。结合前期研究发现BLI可以在细胞核中调控脂肪酸合成相关基因表达(Huang et al., 2022)，该研究表明BLI作为植物特有蛋白可以在蛋白转运层面和基因转录层面双重调控种子发育过程，为将来作物遗传改良和种质创新提供了潜在理论依据。
华南师范大学青年英才黎洪波博士、黄瑞华博士和硕士生廖阳斓为论文并列一作，高彩吉教授和张盛春教授为论文的通讯作者。浙江农林大学沈锦波教授，香港中文大学姜里文教授、庄小红教授和曾永伦博士，美国威斯康星（麦迪逊）大学Marisa S. Otegui教授参与了该项工作。该研究得到国家自然科学基金国际合作项目、霍英东教育基金会、广东省自然科学基金以及中国博士后科学基金项目的支持。
参考文献：
Huang, R., Liu, M., Gong, G., Wu, P., Bai, M., Qin, H., Wang, G., Liao, H., Wang, X., Li, Y., Wu, H., Wang, X., Yang, C., Schubert, D., and Zhang, S. (2022). BLISTER promotes seed maturation and fatty acid biosynthesis by interacting with WRINKLED1 to regulate chromatin dynamics in Arabidopsis. Plant Cell 34, 2242-2265.
Li, H., Li, Y., Zhao, Q., Li, T., Wei, J., Li, B., Shen, W., Yang, C., Zeng, Y., Rodriguez, P.L., Zhao, Y., Jiang, L., Wang, X., and Gao, C. (2019). The plant ESCRT component FREE1 shuttles to the nucleus to attenuate abscisic acid signalling. Nature Plants 5, 512-524.
Li, H., Wei, J., Liao, Y., Cheng, X., Yang, S., Zhuang, X., Zhang, Z., Shen, W., and Gao, C. (2022a). MLKs kinases phosphorylate the ESCRT component FREE1 to suppress abscisic acid sensitivity of seedling establishment. Plant Cell and Environment 45, 2004-2018.
Li, H., Li, T., Li, Y., Bai, H., Dai, Y., Liao, Y., Wei, J., Shen, W., Zheng, B., Zhang, Z., and Gao, C. (2022b). The plant FYVE domain-containing protein FREE1 associates with microprocessor components to repress miRNA biogenesis. EMBO Reports, e55037.
Liu, C., Zeng, Y., Li, H., Yang, C., Shen, W., Xu, M., Xiao, Z., Chen, T., Li, B., Cao, W., Jiang, L., Otegui, M.S., and Gao, C. (2021). A plant-unique ESCRT component, FYVE4, regulates multivesicular endosome biogenesis and plant growth. New Phytologist 231, 193-209.
Xiao, Z., Yang, C., Liu, C., Yang, L., Yang, S., Zhou, J., Li, F., Jiang, L., Xiao, S., Gao, C., and Shen, W. (2020). SINAT E3 ligases regulate the stability of the ESCRT component FREE1 in response to iron deficiency in plants. Journal of Integrative Plant Biology 12, 13005.
论文链接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2211258120
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