我園劉芬研究員團(tuán)隊(duì)在植物自噬研究方面取得系列進(jìn)展

江西省、中國科學(xué)院廬山植物園植物生理研究組（劉芬研究員團(tuán)隊(duì)），近年來通過模式植物擬南芥深入研究細(xì)胞自噬，在自噬的分子機(jī)制研究方面取得了系列進(jìn)展，相關(guān)研究性成果分別發(fā)表在BMC biology（中科院一區(qū)top，IF=4.4）International Journal of Molecular Sciences（中科院二區(qū)，IF=4.9）、Scientific reports（中科院二區(qū)，IF=4.6）、iMetaOmics（新創(chuàng)刊物，暫未有影響因子）等國際學(xué)術(shù)期刊上。江西省、中國科學(xué)院廬山植物園為以上成果的第一完成單位。

1、通過蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)擬南芥自噬蛋白激酶ATG1的新功能

目前，對植物自噬起始的調(diào)控機(jī)制還有很多研究不清晰的地方。為了解析起始機(jī)制，需要從負(fù)責(zé)自噬起始的ATG1/13蛋白激酶復(fù)合體開始研究。ATG1刺激自噬生物發(fā)生，并作為經(jīng)典自噬的守門人。為了深入了解ATG1對自噬的控制并確定ATG1是否具有更廣泛的過程。劉芬研究員團(tuán)隊(duì)對擬南芥中的Col-0野生型和自噬突變體atg1abct進(jìn)行了徹底的蛋白質(zhì)組學(xué)分析。相關(guān)研究發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊BMC biology（2025年2月）。這些結(jié)果驗(yàn)證了一些自噬相關(guān)蛋白，并發(fā)現(xiàn)了ATG1依賴的自噬和ATG1功能的新通路和可能機(jī)制。

我園程珊助理研究員和范思琦科研助理為論文的第一作者和共同第一作者，胡偉明研究員和劉芬研究員為論文的通訊作者。

圖1蛋白質(zhì)組學(xué)分析的工作流程

（原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s12915-025-02149-3）

2、多組學(xué)技術(shù)解析自噬影響擬南芥根部微生物群

在之前的研究中，人們廣泛關(guān)注自噬在植物生長發(fā)育中的生理作用及其對非生物和生物脅迫的各種耐受性的調(diào)節(jié)。根微生物群被視為植物的第二基因組，在植物營養(yǎng)、發(fā)育和免疫中發(fā)揮著重要作用。然而自噬是否調(diào)節(jié)根微生物卻是未知的。劉芬研究員團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用16S rRNA和宏基因組研究自噬如何影響植物相關(guān)微生物組的組裝和生態(tài)功能。同時通過根蛋白組和代謝組詳細(xì)評估自噬對植物的影響。相關(guān)研究發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊iMetaOmics（2024年9月），應(yīng)用多組學(xué)方法揭示了自噬通過植物細(xì)胞壁、防御和根系分泌物全面調(diào)控擬南芥根系微生物的組裝。這些結(jié)果將植物蛋白質(zhì)代謝途徑與根系微生物組聯(lián)系起來，不僅擴(kuò)大對植物與根系微生物的互作機(jī)制的見解，而且強(qiáng)調(diào)了自噬對植物調(diào)控的復(fù)雜性。

我園程珊助理研究員為論文的第一作者，胡偉明研究員和劉芬研究員為論文的通訊作者。

圖2 自噬影響根部微生物群的潛在功能機(jī)制示意圖模型

（原文鏈接：https://doi.org/10.1002/imo2.28）

3、氮饑餓和自噬缺乏條件下擬南芥全基因組甲基化水平和轉(zhuǎn)錄水平分析

隨著科技的不斷進(jìn)步，研究者對于細(xì)胞內(nèi)各種生物學(xué)過程的認(rèn)識也在不斷深化。自噬作為一種細(xì)胞內(nèi)的關(guān)鍵生物學(xué)過程，一直備受科學(xué)家們的關(guān)注。在動物中已經(jīng)有大量的研究表明自噬與表觀遺傳學(xué)調(diào)控存在密切的關(guān)系。然而，目前尚不清楚植物自噬是否會影響全基因組DNA甲基化。劉芬研究員團(tuán)隊(duì)通過WGBS和RNA-seq技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了許多基因在缺氮條件下的表達(dá)會處于激活，特別是當(dāng)自噬功能缺陷時，DNA甲基化水平發(fā)生了顯著變化，這揭示了自噬在調(diào)控擬南芥DNA甲基化中的潛在影響。這項(xiàng)研究為進(jìn)一步理解自噬的分子機(jī)制以及植物如何應(yīng)對氮缺乏提供了堅實(shí)的基礎(chǔ)，也為未來研究提供了更多關(guān)于細(xì)胞如何應(yīng)對各種環(huán)境壓力的機(jī)制的新見解。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊International Journal of Molecular Sciences雜志(2023年9月)。

我園科研助理時云峰（現(xiàn)華南師范大學(xué)在讀博士生）為論文的第一作者，胡偉明研究員和劉芬研究員為本文的通訊作者。

圖3 全基因組亞硫酸氫鹽測序 （WGBS）和轉(zhuǎn)錄組分析 （RNA-seq）的數(shù)據(jù)分析工作流程。

（原文鏈接：https://doi.org/10.3390/ijms241814047）

4、擬南芥全長轉(zhuǎn)錄組分析揭示了自噬對光合作用的調(diào)節(jié)作用

自噬是真核生物中一種促進(jìn)細(xì)胞長壽和營養(yǎng)循環(huán)的普遍機(jī)制，有助于植物應(yīng)對各種生物和非生物脅迫。劉芬教授團(tuán)隊(duì)為了深入研究自噬的調(diào)控機(jī)制，應(yīng)用全長轉(zhuǎn)錄組方法，通過Oxford Nanopore Technologies研究氮饑餓處理下的野生型Col-0和自噬突變體（atg5-1）。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Scientific reports（2024年6月）上，全長轉(zhuǎn)錄組測序?yàn)樾罗D(zhuǎn)錄本、LncRNA和可變剪接（AS）如何通過全長轉(zhuǎn)錄組測序參與植物自噬提供了新的見解，并表明自噬和光合作用之間存在新的潛在聯(lián)系。

我園王松副研究員為論文的第一作者，胡偉明研究員和劉芬研究員為本文的通訊作者。

圖4幼苗的光合作用指數(shù)統(tǒng)計

（原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41598-024-65555-7）

上述研究成果得到了國家自然科學(xué)基金、江西省“雙千計劃”、江西省國際科技合作項(xiàng)目、九江市“潯城英才”等項(xiàng)目的支持。