Cell Reports | 西北农林科技大学郁飞/刘夏燕团队揭示HLS1调控植物衰老的新机制

衰老是植物生命周期中的重要环节之一，是一个受到众多内源信号和外部环境因素调控的主动生物学过程，衰老性状在植物逆境适应和农业生产中具有重要意义。西北农林科技大学郁飞/刘夏燕团队长期从事植物衰老调控机制的研究，利用碳缺乏诱导植物衰老的体系已经鉴定出一系列关键的植物衰老调控因子，发现了一条ABS3亚家族转运蛋白介导的植物衰老调控通路（Jia et al., 2019; Xue et al., 2022; Xue et al., 2024; Meng et al., 2024）。晚期内体定位的ABS3通过与自噬相关蛋白ATG8的非经典互作促进ABS3的液泡转运和降解，以独立于经典自噬途径的方式促进植物衰老，但是ABS3介导植物衰老通路的调控机制还不完全明确。

近日，该团队在Cell Reports在线发表了题为HLS1 interacts with ATG8 to negatively regulate the ABS3-mediated plant senescence pathway的研究论文，揭示了HLS1作为ABS3介导衰老通路的负调控因子抑制植物衰老的分子机制。

该研究通过HLS1功能缺失突变体衰老提前、HLS1过表达植物衰老延迟的表型证明HLS1是植物衰老的负调控因子，并发现HLS1不仅定位于细胞核，还定位于质膜和内体。在自噬缺陷atg5或atg7突变体背景中过表达HLS1能够部分回复自噬缺陷导致的早衰，说明HLS1能够通过不依赖于经典自噬的方式抑制衰老。进一步发现非核定位的HLS1能够直接结合自噬相关蛋白ATG8，减弱ABS3-ATG8的互作，降低ABS3向液泡的转运和降解，从而负调控ABS3介导的植物衰老通路。HLS1蛋白自身的稳定性也受到碳缺乏信号的调控，蛋白酶体途径和液泡介导的蛋白降解途径均参与黑暗碳缺乏诱导HLS1的降解。对小麦中HLS1的同源蛋白TaHLS1的研究进一步表明HLS1-ATG8-ABS3通路在单子叶和双子叶植物中保守。上述结果解析了HLS1、ATG8和ABS3在植物衰老调控中的功能联系：光照条件下HLS1蛋白积累较多，通过HLS1-ATG8互作抑制ABS3对衰老的促进作用；而黑暗碳缺乏诱导HLS1的降解，减弱HLS1对ABS3-ATG8互作的抑制，增进ABS3的液泡降解从而激活衰老程序。综上，该研究揭示了HLS1调控植物衰老的新机制，增进了对ABS3介导衰老通路的理解，为人工改造作物衰老性状提供新思路。

HLS1-ATG8-ABS3植物衰老调控模型

西北农林科技大学生命科学学院博士研究生雷霈为该论文第一作者，刘夏燕教授和郁飞教授为共同通讯作者。西北农林科技大学生命科学学院教学科研平台范宁娟博士为该研究提供了帮助。该研究得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

参考文献：

1.Jia, M., Liu, X., Xue, H., Wu, Y., Shi, L., Wang, R., Chen, Y., Xu, N., Zhao, J., Shao, J., et al. (2019). Noncanonical ATG8-ABS3 interaction controls senescence in plants. Nat Plants 5, 212-224.

2.Xue, H., Meng, J., Lei, P., Cao, Y., An, X., Jia, M., Li, Y., Liu, H., Sheen, J., Liu, X., et al. (2022). ARF2-PIF5 interaction controls transcriptional reprogramming in the ABS3-mediated plant senescence pathway. EMBO J 41, e110988.

3.Xue, H., Zhou, W., Yang, L., Li, S., Lei, P., An, X., Jia, M., Zhang, H., Yu, F., Meng, J., et al. (2024). Endoplasmic reticulum protein ALTERED MERISTEM PROGRAM 1 negatively regulates senescence in Arabidopsis. Plant Physiol 45, 1211-1220.

4.Meng J, Zhou W, Mao X, Lei P, An X, Xue H, Qi Y, Yu F, Liu X. (2024). PRL1 interacts with and stabilizes RPA2A to regulate carbon deprivation-induced senescence in Arabidopsis. New Phytol. 244, 855-869.

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)00278-5