湖北大學(xué)，河南大學(xué)發(fā)Cell：葉綠體蛋白運輸與分選機制
光合作用是地球上最大規(guī)模地利用太陽能，把二氧化碳和水合成為有機物，并放出氧氣的過程。葉綠體是植物光合作用場所。葉綠體是由光合細(xì)菌共生演變而來的，在光合作用及其他多種重要生理過程中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。葉綠體具有半自主性，95%葉綠體蛋白是由核基因編碼的，胞質(zhì)合成為前體后，通過葉綠體外被膜和內(nèi)被膜上的轉(zhuǎn)運通道將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入葉綠體的不同區(qū)域才能使葉綠體行使光合功能。
然而一直以來科學(xué)家們對于核編碼葉綠體蛋白在跨過葉綠體被膜之后，是如何被分選，穿過擁擠的基質(zhì)空間，并精確地靶定到特異性的類囊體膜受體復(fù)合物的分子機制依然不清楚。
湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、省部共建生物催化與酶工程國家重點實驗室歐陽敏教授在國際頂級期刊《Cell》上發(fā)表題為“Liquid-liquid phase transition drives intra-chloroplast cargo sorting ”（《液-液相分離調(diào)控葉綠體蛋白的運輸和分選》）的研究論文。該論文由湖北大學(xué)，中科院植物研究所以及河南大學(xué)共同完成，歐陽敏教授為本文唯一第一作者，中科院植物研究所張立新教授為通訊作者。這是湖北大學(xué)教師首次以第一作者身份在《Cell》上發(fā)表研究論文。
在這篇文章中，研究人員發(fā)現(xiàn)了位于葉綠體基質(zhì)的關(guān)鍵蛋白轉(zhuǎn)運分選因子STT1與STT2，闡明了雙精氨酸依賴轉(zhuǎn)運途徑的底物如何識別、分選以及如何轉(zhuǎn)運靶定到雙精氨酸依賴轉(zhuǎn)運途徑的分子機制。
STT1與STT2蛋白都包含N端的IDR (intrinsically disordered region) 結(jié)構(gòu)域與C端的ankyrin repeat結(jié)構(gòu)域。STT1與STT2能夠依賴于ankyrin repeat結(jié)構(gòu)域的相互作用形成一個橢圓球狀異源二聚體結(jié)構(gòu)，而STT1與STT2的IDR區(qū)域分別含有保守的WEEPD基序與LVP-W基序，識別底物信號肽的雙精氨酸(RR)基序與疏水結(jié)構(gòu)域（H domain）。研究表明底物結(jié)合激活STT復(fù)合物進(jìn)一步的組裝相分離形成濃縮的液滴。STT-底物相分離液滴協(xié)助底物穿過葉綠體基質(zhì)從而靶定到類囊體膜。而Hcf106能夠抑制STT的相分離從而釋放底物，完成底物的正確運輸與裝配。這種方式可能既能確保底物折疊，同時保持底物信號肽的活性便于被下游Tatc/Hcf106通道識別，阻礙STT-Hcf106結(jié)合會阻斷Tat底物的運輸，影響植物光合作用從而導(dǎo)致植物致死的表型。
該研究首次發(fā)現(xiàn)了相分離調(diào)控葉綠體蛋白的運輸，從而調(diào)控葉綠體生成和光合作用。同時該研究強調(diào)了相分離調(diào)控蛋白運輸是在所有物種都存在的普遍機制。因此該研究同時拓展了相分離與蛋白運輸?shù)难芯款I(lǐng)域，也為研究細(xì)胞是如何精確調(diào)控其各種生理活動拓展了思路（見圖2）。
圖2.圖解摘要
據(jù)悉，歐陽敏于2004年畢業(yè)于武漢大學(xué)生物學(xué)基地班專業(yè)，之后在中科院植物所攻讀博士學(xué)位。2010年博士畢業(yè)之后以助理研究員身份在植物研究所工作，2016年3月晉升為副研究員。2019年1月以楚天學(xué)子身份加盟湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、省部共建生物催化與酶工程國家重點實驗室。
在科學(xué)研究方面，歐陽敏主要以高等植物的葉綠體為研究對象，通過分離與鑒定參與光合催化酶的組裝與轉(zhuǎn)運的分子伴侶蛋白，并以遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)以及結(jié)構(gòu)生物學(xué)相結(jié)合的方法，從多個層面對葉綠體生物發(fā)生與光合作用分子機制展開深入研究，并獲得了創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)。在科學(xué)成果方面，歐陽敏以通訊作者以及第一作者身份在Cell, Nature Communication, Nat Plants, Proc Natl Acad Sci USA等國際知名期刊上發(fā)表論文共7篇。歐陽敏主持國家自然科學(xué)基金、重點研發(fā)計劃子課題以及中科院青年促進(jìn)會基金項目，主持項目總經(jīng)費380萬。此外，歐陽敏于2012年獲評盧嘉錫青年人才獎，2013年入選中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會， 2017年入選中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會優(yōu)秀會員。
《Cell》（《細(xì)胞》）是美國愛思維爾(Elsevier)出版公司旗下的細(xì)胞出版社(Cell Press)發(fā)行的關(guān)于生命科學(xué)領(lǐng)域最新研究發(fā)現(xiàn)的雜志。與《自然》和《科學(xué)》并列，是全世界最權(quán)威的學(xué)術(shù)雜志之一。
