[原生質絲] 植物開花素的運送機制 20191009 Plant Cell

The MCTP-SNARE Complex Regulates Florigen Transport in Arabidopsis

Lu Liu, Chunying Li, Zhi Wei Norman Teo, Bin Zhang, Hao Yu

Abstract

Multiple flowering pathways in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) converge on the transcriptional regulation of FLOWERING LOCUS T (FT), encoding a mobile floral stimulus that moves from leaves to the shoot apex. Despite our progress in understanding FT movement, the mechanisms underlying its transport along the endoplasmic reticulum–plasmalemma pathway in phloem companion cells remain largely unclear. Here, we show that the plasma membrane–resident syntaxin-like glutamine-soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor protein attachment protein receptor (Q-SNARE), SYNTAXIN OF PLANTS121 (SYP121), interacts with QUIRKY (QKY), a member of the family of multiple C2 domain and transmembrane region proteins (MCTPs), to mediate FT transport in Arabidopsis. QKY and SYP121 coordinately regulate FT movement to the plasmalemma through the endosomal trafficking pathway and are required for FT export from companion cells to sieve elements, thus affecting FT transport through the phloem to the shoot apical meristem. These findings suggest that MCTP-SNARE complex-mediated endosomal trafficking is essential for the export of florigen from phloem companion cells to sieve elements to induce flowering.

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在阿拉伯芥中，MCTP-SNARE復合物調節了開花素的運送

摘要

在阿拉伯芥中，多重的開花機制最後都匯聚在，控制一個調節開花的刺激因子FLOWERING LOCUS T （FT）在葉子中的轉錄，然後FT會移動到莖頂來調節開花。雖然我們在了解FT移動的機制上稍有進展，但是對於這個蛋白質，在篩管伴細胞中，從內質網到原生質絲的移動機制，仍然大部分都不了解。在此，我們展示了座落在細胞膜上，與動物的syntaxin（參與在細胞膠質小泡與細胞膜融合的蛋白質）相似的植物Q-SMARE蛋白 SYNTAXIN OF PLANTS121 (SYP121) 會與一個具有多重C2及可穿透細胞膜區域（MTCPs）的蛋白質，QUIRKY （QKY）互動，進而參與FT在阿拉伯芥中的運輸。QKY與SYP121會經由內質網的運輸途徑來調節FT運送到原生質絲，而且這個運輸對於FT從伴細胞傳送到篩管細胞，最終運送到莖頂的運輸路徑，也是必要的。這些發現暗示了，MCTP - SNARE複合體所參與的內質網運輸，對於開花素從伴細胞運輸到篩管細胞並誘導開花的機制而言，是非常必要的。

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＊植物的開花一直以來都是一個非常吸引人的現象，究竟植物如何感知外界環境，然後決定要開花，早已是研究的熱門項目。其中，非常多的開花機制，都會影響葉子產生一個稱為“開花素”（有點相荷爾蒙的概念，在遠端產生，然後控制一個現象），這個開花素可以從葉子，長距離移動到莖頂，然後誘導開花。一直以來，發現“開花素”這個研究，都是許多科學家相繼努力的目標。一直都2007年，有兩篇報導指出，FT的蛋白質可以長距離運輸並且調控開花，被大多數的科學家認為就是開花素（雖然也有報導指出FT的mRNA也能參與其中，但是其運輸機制目前仍然不清楚）。那開花素是怎麼樣從葉子移動到莖頂的，就是另一個重要的機制。這個研究團隊在2012年曾經發表了利用研究蛋白質互動，他們發現了一個與FT互動的蛋白（FT互動蛋白1），這個蛋白座落在內質網上，可以帶領FT到原生質絲上。這次，他們又發現了另一個可以調控FT移動的蛋白，但是這次並非直接與FT互動，而是座落在細胞膜上，影響細胞內的膠質小泡與細胞膜的融合，並且也可以調控FT的運輸。令人覺得好奇的是，為什麼FT要經由不同的路徑運輸，又有沒有什麼選擇性，跟外界環境是否有任何的關聯，都是一些很有趣的研究方向。