New Phytologist | 南京師范大學遲偉團隊揭示葉綠體蛋白雙定位的分子機制

近日，南京師范大學生命科學學院遲偉教授課題組在New Phytologist上發表了題為Dual localization of translocon subunit Tic56 to chloroplasts and mitochondria modulates rRNA accumulation in both organelles的研究論文，揭示了高等植物細胞器蛋白定位的全新機制，對植物細胞內蛋白“物流系統”有了更生動的認識。

如果把植物細胞看作一座城市，葉綠體和線粒體就是兩座至關重要的“能源工廠”，前者負責光合作用，后者掌管呼吸作用。長期以來，普遍認為這兩座工廠各自擁有獨立的“門禁系統”：每個工廠只認特定的“通行證”（信號肽），將不同的蛋白精準運送到對應位置。然而，有一類特殊的“雙重間諜”蛋白，竟能同時進入兩家工廠，其背后的定位機制一直成謎。經典理論認為，這類蛋白的“通行證”可能比較“模糊”：既可以被葉綠體識別，也可以被線粒體識別。但遲偉教授課題組的最新研究，卻揭示了一個完全不同的機制。

研究團隊發現，一個名為Tic56的蛋白，原本被認為是葉綠體“專屬員工”，但實際上它也悄悄出現在線粒體中。更令人稱奇的是，它的“雙重身份”還會“看人下菜碟”：在葉片等綠色組織中，它只去葉綠體；而在根等非光合組織中，它卻只在線粒體“上崗”。這種組織特異性雙定位，在雙定位蛋白中極為罕見。進一步探索機制時，研究團隊排除了“信號肽模糊”的可能性。他們發現，Tic56的N端48個氨基酸雖然可以將其牽引至葉綠體，但并不是靠“模糊”來左右逢源，而是可能通過與脂類分子形成一種特殊結構，從而實現線粒體定位。更出人意料的是，如果將這種結構“嫁接”到其他葉綠體蛋白上，后者原有的葉綠體“通行證”會被掩蓋，轉而也被運往線粒體。這相當于發現了一套全新的“偽裝系統”。

這種獨特的雙定位機制并不僅限于擬南芥和大豆等雙子葉植物的Tic56蛋白，在單細胞光合生物萊茵衣藻中同樣存在，暗示它可能是一種在進化上高度保守的機制。該研究不僅為理解光合生物細胞器轉運系統的進化提供了新線索，也為探究植物葉綠體與線粒體之間的信號對話開辟了新窗口。

已畢業博士生郭蔭杰、在讀碩士生張家睿、在讀博士生曹婷為該論文的共同第一作者，遲偉教授為論文通訊作者。瑞士日內瓦大學Jean-David Rochaix教授在研究起始階段給予了深入指導，華中農業大學端木德強教授為本研究提供了萊茵衣藻mRNA樣品。該研究得到了國家重點研發計劃、江蘇省攀登計劃、江蘇省優勢學科等項目的資助。

論文鏈接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.71152