合成叶绿体自噬受体通过介导叶绿体微自噬促进植物适应性

这篇研究设计并验证了一种合成叶绿体自噬受体LIR-SNT-BFP，该受体能招募ATG8至叶绿体，促进叶绿体微自噬（microautophagy）和分裂。适度诱导该受体可提升植物生长，但存在明显效益上限；同时发现该过程不依赖ATG5/ATG7，且能部分缓解除草剂引发的叶绿素损伤，为人工调控叶绿体降解提供了新策略。

　　

设计及验证合成叶绿体自噬受体
研究团队设计了一种名为LIR-SNT-BFP的合成受体，包含拟南芥NBR1的LC3相互作用区（LIR）和SFR2的N端两亲性螺旋（SNT），后者可靶向叶绿体外膜（OE）。该受体在烟草和拟南芥原生质体中均能定位叶绿体并招募ATG8a（图1B-C）。通过免疫共沉淀（coIP）和免疫印迹（WB）证实其与ATG8a的相互作用（图1E），且诱导表达后4小时即可检测到受体积累（图1F-G）。

受体诱导促进叶绿体蛋白降解
在抑制叶绿体蛋白合成药物林可霉素（Lin）存在下，诱导受体表达显著降低了叶绿体内膜蛋白（TIC40）、类囊体蛋白（LHCA1）和基质蛋白（RbcL/RbcS）水平（图2E-F）。有趣的是，将LIR置于SNT的C端构建的替代受体SNT-BFP-LIR同样有效（图S4），但效率略低。

适度诱导促进生长，过度则抑制
不同浓度地塞米松（DEX）处理显示，受体表达水平与自噬通量呈正相关（图3D-F）。低表达系（如16号）在0.1-10 μM DEX下促进莲座叶增大，而高表达系（如27号）仅在0.01-0.1 μM DEX下有益，更高浓度反而抑制生长并降低叶绿素含量（图3A-C），揭示了自噬效益的“阈值效应”。

缓解除草剂损伤的潜力
诱导受体表达可部分抑制除草剂norflurazon（NF）和DCMU引发的叶绿素不均分布和细胞死亡（图4A-D）。在土壤实验中，受体诱导还延缓了NF导致的植株死亡（图S5C），表明人工增强叶绿体自噬可能提升作物抗逆性。

叶绿体分裂与微自噬的关联
诱导受体后，叶绿体数量增加（图5A-B），且分裂中的“哑铃形”叶绿体比例上升（图5C-D）。但叶绿体分裂关键蛋白PDV2水平未变化（图5E-F），且pdv2突变体的巨型叶绿体仍能被降解（图5G-J），提示该过程不依赖经典分裂机制。

ATG5/ATG7非依赖的微自噬机制
在atg5和atg7突变体中，受体诱导的叶绿体蛋白降解和除草剂保护效应与野生型相当（图6），且电镜观察到液泡直接包裹叶绿体的现象（图7I-J）。活细胞成像显示，诱导后液泡膜（标记为YFP-VAMP711）动态包裹叶绿体，伴随液泡分裂（图7E-F；视频S3-S4）。免疫电镜进一步证实液泡内叶绿体携带受体和ATG8标记（图7K-L），支持这是一种不依赖ATG8脂化的微自ophagy。

应用前景与局限
该研究首次实现叶绿体降解的人工调控，为作物抗逆育种提供新思路。但长期DEX处理的种子产量影响及ATG2在微自噬中的具体作用仍需探索。这种“液泡直接吞噬”的机制可能与酵母微pexophagy有相似之处，为后续研究开辟了新方向。