四吡咯生物合成中间体作为从叶绿体到细胞核的逆向信号，通过胞间连丝调控细胞间的物质运输

《New Phytologist》：Tetrapyrrole biosynthetic intermediates act as chloroplast-to-nucleus retrograde signals to regulate intercellular trafficking via plasmodesmata

本研究通过拟南芥突变体和本氏烟草基因沉默，发现四吡咯代谢物（如血红素）通过调控GUN5和FC2基因影响胞间连丝介导的细胞间运输，证实血红素库是调节PD和细胞间通讯的关键因素。

　　

摘要

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• 通过胞间连丝（plasmodesmata, PD）进行的细胞间运输对植物的生长、发育和防御至关重要，但其调控机制仍不甚明了。本研究旨在识别调控PD介导的细胞间运输的叶绿体逆行信号。
• 通过使用拟南芥（Arabidopsis thaliana）突变体和本氏烟草（Nicotiana benthamiana）的基因沉默技术，我们发现四吡咯生物合成途径的代谢产物——很可能是血红素（heme）——能够调节PD介导的细胞间运输。敲除或下调编码镁螯合酶催化亚基的GUN5基因后，发现总血红素水平降低，细胞间运输显著减少。
• 进一步研究表明，叶绿体RNA加工相关基因表达降低的植物中，总血红素水平和细胞间运输均显著下降。与GUN5类似，FC2（而非FC1）表达水平降低也会导致总血红素水平下降和细胞间运输大幅减少。
• 这些结果支持了一种“特定血红素池调控胞间连丝和细胞间运输”的机制。我们还鉴定出一些可能受血红素信号调控、从而影响胞间连丝功能的基因。总体而言，这些发现进一步强调了叶绿体与PD在协调细胞间通信、促进植物最佳发育和资源分配方面的关键作用。

摘要

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• 胞间连丝（plasmodesmata, PD）所介导的细胞间运输对植物的生长、发育和防御至关重要，但其调控机制尚不明确。本研究旨在识别调控PD介导的细胞间运输的叶绿体信号。
• 通过利用拟南芥（Arabidopsis thaliana）突变体和本氏烟草（Nicotiana benthamiana）的基因沉默技术，我们发现四吡咯生物合成途径的代谢产物——尤其是血红素（heme）——能够调节PD介导的细胞间运输。敲除或下调编码镁螯合酶催化亚基的GUN5基因后，总血红素水平降低，细胞间运输显著减少。
• 此外，叶绿体RNA加工相关基因表达降低的植物中，总血红素水平和细胞间运输均显著下降。与GUN5类似，FC2（而非FC1）表达水平降低也会导致总血红素水平下降和细胞间运输大幅减少。
• 这些结果支持了一种“特定血红素池调控胞间连丝和细胞间运输”的机制。我们还鉴定出一些可能受血红素信号调控、从而影响胞间连丝功能的基因。这些发现进一步强调了叶绿体与PD在协调细胞间通信、促进植物最佳发育和资源分配方面的关键作用。

Resumen

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• 通过胞间连丝（plasmodesmata, PD）进行的细胞间运输对植物的生长、发育和防御至关重要，但其调控机制仍不十分清楚。我们致力于识别调控PD介导的细胞间运输的叶绿体信号。
• 通过使用拟南芥（Arabidopsis thaliana）突变体和本氏烟草（Nicotiana benthamiana）的基因沉默技术，我们发现四吡咯生物合成途径的代谢产物——尤其是血红素（heme）——能够调节PD介导的细胞间运输。敲除或下调编码镁螯合酶催化亚基的GUN5基因后，总血红素水平降低，细胞间运输显著减少。
• 此外，叶绿体RNA加工相关基因表达降低的植物中，总血红素水平和细胞间运输均显著下降。与GUN5类似，FC2（而非FC1）表达水平降低也会导致总血红素水平下降和细胞间运输大幅减少。
• 这些结果表明，特定血红素池可能调控胞间连丝和细胞间运输。我们还鉴定出一些可能受血红素信号调控、进而影响胞间连丝功能的基因。这些发现进一步证实了叶绿体与PD在协调细胞间通信、促进植物最佳发育和资源分配方面的关键作用。

数据可用性

RNA测序数据已存入NCBI SRA数据库，访问号为PRJNA1301871。