Nature子刊：操纵“植物衰老蛋白”使濒临死亡的植物复活了

加州大学河滨分校的研究人员揭示了高尔基体和COG蛋白在植物衰老中的关键作用，这一发现对理解人类的衰老过程具有潜在的意义。

　　

发现使濒临死亡的植物起死回生。

一百多年前，科学家们就已经意识到植物细胞中有一种特殊的细胞器。然而，加州大学河滨分校的科学家们直到现在才发现细胞器在衰老中的关键作用。

研究人员最初打算更广泛地了解植物细胞的哪些部分控制植物对感染、盐太多或光太少等压力的反应。他们偶然发现，这种细胞器和一种负责维持细胞器的蛋白质，控制着植物在经常被置于黑暗中的情况下能否存活。

因为他们没有预料到这一发现，研究小组非常兴奋，这篇文章发表在《Nature Plants》杂志上。

“对我们来说，这一发现意义重大。UCR分子生物化学杰出教授、这篇新文章的合著者Katie Dehesh说。“我们第一次定义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。”

高尔基体和COG蛋白:细胞健康的关键参与者

这种被称为高尔基体的细胞器有时被描述为一堆放气的气球或一些掉落的千层面，它由一系列杯状的膜覆盖的囊组成。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。

“高尔基体就像细胞里的邮局。它们包装并将蛋白质和脂质送到需要的地方，”UCR植物学和植物科学系的研究员、这项新研究的合著者Heeseung Choi说。“受损的高尔基体会在细胞活动中造成混乱和麻烦，影响细胞的工作和保持健康。”

加州大学河滨分校的研究人员Heeseung Choi和Katie Dehesh在实验室里拿着年轻的、绿色的和年老的、黄色的拟南芥植物。

如果高尔基体是邮局，那么COG蛋白就是邮递员。这种蛋白质控制和协调小囊“包膜”的运动，这些包膜在细胞周围运输其他分子。

此外，COG帮助高尔基体将糖附着在其他蛋白质或脂质上，然后将它们送到细胞的其他地方。这种糖修饰被称为糖基化，对包括免疫反应在内的许多生物过程至关重要。

实验洞察COG的作用

为了更多地了解COG是如何影响植物细胞的，研究小组对一些植物进行了改造，使它们不能产生COG。在正常的生长条件下，转基因植物生长良好，与未转基因植物没有区别。

然而，剥夺植物的光意味着植物不能从阳光中产生糖来促进生长。当暴露在过度的黑暗中，无COG的突变植株的叶子开始变黄、变皱、变薄——这是植株死亡的迹象。

“在黑暗中，COG突变体显示出衰老的迹象，这通常出现在第9天左右的野生、未经修饰的植物中。但在突变体中，这些迹象在三天内就显现出来了。”

逆转突变并将COG蛋白送回植物中，很快使它们恢复了生命。Dehesh说:“一旦我们逆转了突变，它们就好像什么都没发生一样。”Choi补充说:“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关键重要性。”

这一发现令人兴奋的部分原因是，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过程中的复杂作用。因此，研究小组计划进一步研究该研究结果背后的分子机制。

Dehesh说:“我们的研究不仅提高了我们对植物如何衰老的认识，而且还为人类衰老提供了重要线索。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线时看到的那样。这一突破可能对衰老和与年龄有关的疾病的研究产生深远的影响。”

参考文献:“COG-imposed Golgi functional integrity determines the onset of dark-induced senescence” by Hee-Seung Choi, Marta Bjornson, Jiubo Liang, Jinzheng Wang, Haiyan Ke, Manhoi Hur, Amancio De Souza, Kavitha Satish Kumar, Jenny C. Mortimer and Katayoon Dehesh, 26 October 2023, Nature Plants.