植物液泡起源有突破 有助農業與藥物發展

0
59
views

香港中文大學生命科學學院姜里文教授帶領由香港、日本和美國科學家組成的國際科硏團隊,最近在硏究植物液泡起源方面取得重大突破,為生產藥用蛋白提供新思路。

隊利用三維電子斷層掃描(3D Electron Tomography,ET)技術,以納米分辨率揭示了植物根細胞中液泡起源的奧秘。有關硏究成果已刊載於著名學術期刊《自然 —— 植物》(Nature Plants)。

植物液泡

植物液泡(Vacuole)亦名液胞,是植物特有的結構,是植物細胞中最主要的細胞器,在調節植物生長和發育中有著重要作用。液泡具有多種功能,包括溶解、儲存蛋白質和糖、維持膨脹壓力、平衡細胞體積和防禦反應等。此外,在植物種子生物反應器中,液泡被認為是用於儲存和生產藥用蛋白的理想細胞器。儘管液泡體積很大並具有多種功能,但在過去四十年中,植物溶解型液泡的起源機制仍存在爭議,目前有兩個不同的植物液泡起源模型。

第一個模型認為彼此分離的液泡是由內涵體(Endosomes)融合而成;而另一個模型則認為相互連通的液泡是由內質網(Endoplasmic Reticulum,ER)衍生而來。這兩個模型都建基於二維透射電子顯微鏡和三維共聚焦顯微鏡的硏究結果。然而,鑑於植物液泡的複雜性和多變性,只有通過三維透射電子顯微鏡或全細胞斷層掃描技術,以納米分辨率分析,才能更好地揭示液泡的形成。

硏究的主要新發現包括:

  1. 三維電子斷層掃描結果證明植物初生液泡為直徑介於400-1000納米彼此分離的小液泡(SV)
  2. 這些小液泡含有腔內小泡(ILVs),並由多囊泡體(MVBs)衍生而來。
  3. 全細胞電子斷層掃描結果展示了在植物皮層細胞中,不同大小液泡的性質和彼此之間的關係(融合和分離)。

 

根據上述的新發現,硏究團隊提出了植物細胞新的液泡發生模型,指出液泡是由多囊泡體融合衍生而來,其中包括一系列多種蛋白參與的融合過程。該模型對未來植物液泡硏究具有指導意義。

硏究不僅揭示了液泡起源的分子機制,且是未來液泡功能硏究的基礎,將為提高農作物抗逆能力和抵抗病原體感染,以及用植物液泡(特别是種子儲存型液泡)生產藥用蛋白提供新見解。此外,硏究還建立了使用三維電子斷層掃描技術在細胞器重建研究中的新標準。

姜里文教授表示:「是次硏究成果將重新定義教科書中有關植物液泡的概念,並對植物生物技術應用帶來重大影響。液泡對於調節植物生長和發育以及對環境的反應是必不可少的。此外,在植物生物反應器中,種子中的液泡被認為是用於儲存和生產治療人類疾病藥用蛋白的理想細胞器,是次研究亦為生產藥用蛋白提供新思路。」3

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here