aBIOTECH | 潘荣辉/Jianping Hu 揭示植物线粒体和心磷脂在高温胁迫响应中的变化规律

除了能量代谢功能，线粒体还参与调控动物细胞的应激反应和细胞凋亡。其中，线粒体的标志性脂质——心磷脂（CL）发挥重要作用。然而植物细胞的线粒体和CL如何参与应激反应还不明确。

近日，浙江大学潘荣辉课题组与密歇根州立大学Jianping Hu课题组合作在aBIOTECH发表了题为“Impact of acute heat stress on mitochondrial function, ultrastructure and cardiolipin distribution in Arabidopsis”的研究论文，分析了高温胁迫对植物线粒体功能、结构和CL分布的影响。 

在哺乳动物细胞中，线粒体胁迫和损伤会诱导线粒体自噬和程序性细胞死亡（PCD）。在此过程中CL发挥重要作用，CL的酰基通常是高度不饱和的，容易被线粒体胁迫诱导的活性氧分子修饰造成过氧化，然后CL会转移到线粒体表面，从而诱导线粒体自噬，甚至进一步导致线粒体外膜通透化并释放细胞凋亡的诱导因子。作者前期研究显示，植物CL也是高度不饱和的，且CL合成酶缺失的植物对高温等胁迫敏感。然而，人们对植物线粒体和CL如何响应高温等逆境胁迫仍然知之甚少。

为了进一步明确线粒体和CL如何参与植物的应激反应，本研究对拟南芥幼苗进行了不同长度的高温处理（图A-B），发现高温胁迫会导致线粒体的膜电位降低（图C）、活性氧积累（图D）以及超微结构损坏（图E）。与此同时，CL会转移分布到线粒体的外膜以及一种新发现的囊泡结构中（图F-G）。并且，线粒体的膜电势在CL发生重新分布的细胞中也较低，说明CL重新分布与线粒体功能破坏是相关的（图H-I）。本研究揭示了高温胁迫下线粒体和CL的应激反应变化规律，为研究线粒体和CL在植物胁迫响应中的作用机制提供了基础。

Fig.1 Impact of acute heat stress on mitochondrial function, ultrastructure and cardiolipin distribution

浙江大学农业与生物技术学院博士研究生王玉康为文章第一作者，浙江大学潘荣辉研究员和密歇根州立大学Jianping Hu教授共同为通讯作者。该工作得到中国国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、科技部国家重点研发计划、北京生命科学院常规项目、CNTC首席科学家创新项目、美国国家自然科学基金等项目的资助。

引用本文：

Wang, Y., Pan, R. & Hu, J. Impact of acute heat stress on mitochondrial function, ultrastructure and cardiolipin distribution in Arabidopsis. aBIOTECH (2024). https://doi.org/10.1007/s42994-024-00151-x

作者简介

潘荣辉，浙江大学“百人计划”研究员、博士生导师，农业与生物技术学院现代种业研究所副所长，兼任浙江大学杭州国际科创中心合成生物所PI。潘荣辉课题组聚焦植物能量细胞器代谢网络与代谢工程，以及主要农作物中过氧化物酶体在种子和抗逆方面的生理功能，以第一/通讯作者在Trends in Biotech、PNAS、Plant Cell、Developmental Cell等期刊发表多篇论文，参与出版《种子学》、《植物生物技术》等教材，以及《Subcellular Biochemistry》《Methods in Photorespiration》等专著。

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