南开大学张彦课题组联合山东农业大学李厦、熊峰课题组揭示RabGDI家族调控囊泡运输的细胞特异性机制

合子的不对称分裂与花粉管的极性生长均是高度依赖囊泡运输的细胞学过程。虽然Rab GTPase是囊泡运输的核心调控蛋白，但其自身的膜靶向与循环机制在植物中尚未被完全阐明。近期，南开大学生命科学学院张彦课题组联合山东农业大学李厦、熊峰课题组在New Phytologist上背靠背发表了题为Arabidopsis RabGDIs are essential for the asymmetric division of zygotes and embryonic development和Arabidopsis RabGDIs mediate Rab targeting and are crucial for male gametophytic function的两项研究，系统解析了拟南芥Rab鸟嘌呤核苷酸解离抑制因子（RabGDI）在胚胎发育与雄配子体功能中的关键作用，并揭示了其在不同细胞类型中差异化的分子调控机制。

RabGDI是经典Rab GTPase功能的共同调控枢纽

研究首先确认，拟南芥RabGDI家族三个成员（GDI1, GDI2, GDI3）在体内均可特异性结合演化保守性Rab GTPase（如Rab5/ARA7、Rab7/RabG3b、Rab11/ARA4等），该相互作用依赖于Rab蛋白C末端的酯酰化修饰。功能缺失分析表明，GDI1与GDI2 在体细胞中功能冗余，其双突变导致合子不对称分裂缺陷、胚胎致死。GDI2与GDI3 在雄配子体中起主要作用，双突变造成花粉萌发率下降、花粉管生长导向异常及雄性育性显著降低。

Functional loss of RabGDI1 and RabGDI2 results in defective vacuolar dynamics, compromises zygotic division and embryonic cell division.

细胞类型特异性的作用机制：回收与靶向的差异化调控

深入机制研究表明，RabGDI在不同细胞环境中执行侧重点不同的调控功能。RabGDI在合子分裂及胚胎早期发育中，调控Rab蛋白的“膜回收”。在gdi1 gdi2突变体胚胎中，介导液泡运输途径的Rab5（ARA7）无法从多囊泡体/液泡前体膜上被有效抽提，导致其定位紊乱。这一“回收”功能的丧失，直接破坏了液泡的动态与极性分布，进而影响合子核迁移与细胞分裂面的确立，导致合子对称化分裂异常、胚胎模式建成缺陷。该机制与动物及酵母中的RabGDI功能一致。

相比而言，RabGDI在花粉管中兼具“回收”与“靶向”双重功能。在gdi三突变体中，不仅分泌途径的RabA4b和ARA4滞留在花粉管顶端质膜，本应定位在内体的Rab5（ARA7）与Rab7（RabG3b）也异常地富集于顶端质膜。通过BFA与ConcA抑制剂实验，证实这种错误定位依赖于分泌途径。这一结果表明，在花粉管这一特殊细胞类型（快速顶端生长）中，RabGDI不仅负责Rab发挥功能后从受体膜的抽提，还参与了其靶向供体膜的过程，防止其通过组成型分泌途径的错误靶向。

RabGDIs regulate dynamic targeting of Rab GTPases in pollen tubes.

综上，该研究系统阐明了RabGDI蛋白在植物发育中的核心地位。作为演化保守型Rab GTPase的调控蛋白，RabGDI维持演化保守性Rab5在供体膜与受体膜间的动态分布。RabGDI蛋白的作用机制存在细胞类型特异性。在合子中主要负责从受体膜回收Rab蛋白；而在花粉管中，其也介导新合成Rab蛋白靶向供体膜。RabGDI在花粉管中的功能可能是适应其快速顶端生长需求的机制特化。

南开大学生命科学学院张彦课题组，协同山东农业大学李厦教授、熊峰教授，以及香港中文大学姜里文教授、梁子臻博士，共同完成了该研究。南开大学生命科学学院尹桂敏博士与博士生吴亚男为该两篇论文的共同第一作者。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1111/nph.70708

https://doi.org/10.1111/nph.70500