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地蒿油体是通过分泌途径的重定向而形成的

细胞是生命的基本单位,被称为质膜的限制膜包围。细胞内部有各种膜结合的细胞器,每个细胞器都有不同的功能。这些分别具有不同功能的细胞器在进化过程中是如何发展的仍然未知。这种现象吸引了许多研究人员。

在《自然通讯》上发表的研究中,已经揭示了艾蒿细胞中两个不同细胞器之间的进化关系:细胞板在细胞分裂过程中将细胞分裂,而油体则是各种化学物质的储存库。

细胞器之间交换蛋白质和脂质的机制对于细胞活动非常重要,被称为“膜运输”。国立基础生物学研究所(NIBB)的上田隆史教授和助理教授金泽武彦教授领导的研究小组将研究重点放在了一组名为SYP1的蛋白质上,该蛋白质使用地衣,多形的马钱子兰,在膜运输中起着关键作用。

他们发现,MpSYP12A(一种属于地艾的SYP1组的蛋白质)是细胞板形成所必需的。他们还发现,与MpSYP12A非常相似的蛋白质MpSYP12B仅在包含油体的细胞中起作用,并靶向油体的膜。

通过研究MpSYP12B如何定位在油体膜上,研究小组表明,通常沿着质膜和细胞外空间发送的分泌途径的方向在油体形成过程中被重定向到油体。

植物进化过程中获得细胞器的常见策略。地蒿油体和细胞板都是通过分泌途径的重定向产生的(蓝色)。细胞板的形成还涉及重新定向的内吞途径(红色)。信用:NIBB

研究小组的负责人上田隆史教授说:“尽管已经提出了一个通过扩大膜运输中机械成分的扩展和新功能来阐明细胞器的理论框架,但仍几乎不知道这些细胞器是如何在进化过程中产生的。我们的结果提供了强有力的证据。对这一假说,即细胞器副学假说的实证支持。”

此外,研究小组还发现了用于油体形成的主调节器MpERF13。MpERF13的功能丧失导致油体完全丧失,而MpERF13的功能增强导致整个植物的油体过度生成。

该研究小组还研究了油体的生物学意义,这一点以前没有得到很好的理解。金泽武彦博士进行了一项实验,将饥饿的药虫放入没有或有过分生油体的含有艾蒿的皮氏培养皿中,并比较它们的草食性。

回顾大学本科时,文章的第一作者Takehiko Kanazawa博士说:“当我开始研究这种植物时,我已经吃了一些艾蒿。它的味道真是太恐怖了。这种极端的经历帮助我想到了在研究油体生物学功能方面进行药丸虫检测的想法。”

将饥饿的药虫放入没有或有过分生油体的含有艾蒿的皮氏培养皿中,并比较它们的草食性。没有药性的地草被药虫吃掉了,但油体数量增加的地草却没有被食用,这表明该油体具有保护食草动物(包括节肢动物)的功能。图片来源:NIBB金泽武彦

没有油体的地草被药虫吃掉了,但油体数量增加的地草却没有被吃掉,这表明该油体具有防止食草动物如节肢动物的功能。

油体中积累了多种具有不同生物活性的化合物,据报道其中一些具有抗菌,抗癌和/或抗病毒活性。这项研究揭示的参与油体形成的机制和基因组可适用于有效生产此类有用的化合物。

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