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郭毅与李蕊团队揭示植物真核伴侣素CCT8-SEC31B分子模块调控根尖生长素稳态的分子机制

发布时间：2026-05-08

近日, JIPB在线发表了伟德国际1946郭毅/李蕊课题组题的研究论文“Eukaryotic chaperonin coordinates root meristem activity by regulating SEC31B-dependent COPII vesicle trafficking of PIN auxin efflux carrier in Arabidopsis” 。该研究利用植物遗传学的优势, 以拟南芥cct8-1弱突变体探究了CCT8亚基在根生长发育中的重要功能。

真核细胞中大多数蛋白质在分子伴侣的辅助下,折叠为有功能的天然构象。真核伴侣素CCT(chaperonin-containing TCP-1)是细胞质中一类重要的分子伴侣复合体,由8个异源亚基组成(CCT1–CCT8)形成桶状结构,帮助新合成的多肽链折叠、转运或组装,其中细胞骨架蛋白是其主要的折叠底物。人类CCT功能受损可导致多种疾病如阿尔茨海默病、帕金森病和肌萎缩侧索硬化症等。目前酵母和哺乳动物CCT的结构与功能已得到深入研究,然而植物中CCT的功能和作用机制的研究仍十分匮乏。

研究发现,植物CCT8突变后植株的主根生长严重受阻,根尖分生区变短,分生区细胞的数目和分裂活性显著下降(图1)。进一步研究表明cct8-1突变体根尖生长素稳态受损,负责生长素极性运输的PIN蛋白在质膜上的极性定位不变,但蛋白丰度显著下降。

图1 CCT8基因突变后根尖分生组织细胞的分裂活性下降而导致主根生长缓慢

实验结果表明,CCT8与介导从内质网到高尔基体运输的COPII囊泡外被蛋白SEC31B在体内存在物理相互作用,并sec31b-3与cct8-1具有相似的根生长缺陷表型,包括根长变短、根分生组织显著变短、根分生区细胞分裂活性降低(图2),根尖生长素稳态受损以及PINs在质膜上的丰度下降等(图3)。

图2 CCT8与SEC31B在体内相互作用,sec31b突变体呈现与cct8-1突变体相似的根发育缺陷

图3 CCT8和SEC31B调控PIN蛋白在质膜积累而影响生长素的稳态

进一步研究表明,cct8-1突变体中SEC31B转录和蛋白水平均显著下降, 但蛋白水平下降更为显著。cct8-1和sec31b-3突变体根尖分生区细胞中蛋白从内质网到高尔基体的运输效率下降,说明CCT可能通过SEC31B影响了COPII囊泡的运输过程。而过表达SEC31B可以部分恢复cct8-1根长和分生区的长度及PIN2蛋白在质膜上的丰度。PIN蛋白通过分泌途径运输并定位于质膜,COPII囊泡介导的蛋白运输是其早期分泌途径的关键步骤。因此,CCT8突变可能降低了SEC31B的蛋白丰度进而影响了COPII囊泡介导的运输,使PIN蛋白从内质网到高尔基体的运输受阻,最终减少了PIN蛋白在质膜上的积累。

综上,该研究揭示了真核伴侣素CCT8亚基-COPII囊泡外被蛋白SEC31B模块影响了PIN蛋白从内质网到高尔基体的顺行性运输, 调控了PIN蛋白在质膜上的丰度, 最终维持根尖分生组织的生长素稳态及细胞分裂,在根生长中发挥重要作用。该研究不仅揭示并拓展了植物CCT复合体新的生物学功能, 将真核伴侣素与生长素依赖的根生长联系起来,丰富了根生长发育的分子调控网络,还进一步阐明了CCT8-SEC31B分子模块在PIN蛋白胞内早期分泌途径中的关键分子机制,完善了学界对PIN蛋白胞内运输分子机制的认识。

我院分子细胞生物学教育部重点实验室李蕊教授和郭毅教授为该论文通讯作者,博士研究生童孟娟为第一作者,已毕业博士生张英慧、在读博士生张爱伟、在读硕士生张京圣及李燚强等人参与了该研究工作,福建农林大学陈栩教授、伟德国际1946汤文强教授、刘西岗教授、郭琳副教授、张昊副教授和田立荣副教授等对该研究提供了指导和帮助。该研究得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金和河北省高校拔尖人才计划的支持。