New Phytologist | 南京师范大学迟伟团队揭示叶绿体蛋白双定位的分子机制

近日，南京师范大学生命科学学院迟伟教授课题组在New Phytologist上发表了题为Dual localization of translocon subunit Tic56 to chloroplasts and mitochondria modulates rRNA accumulation in both organelles的研究论文，揭示了高等植物细胞器蛋白定位的全新机制，对植物细胞内蛋白“物流系统”有了更生动的认识。

如果把植物细胞看作一座城市，叶绿体和线粒体就是两座至关重要的“能源工厂”，前者负责光合作用，后者掌管呼吸作用。长期以来，普遍认为这两座工厂各自拥有独立的“门禁系统”：每个工厂只认特定的“通行证”（信号肽），将不同的蛋白精准运送到对应位置。然而，有一类特殊的“双重间谍”蛋白，竟能同时进入两家工厂，其背后的定位机制一直成谜。经典理论认为，这类蛋白的“通行证”可能比较“模糊”：既可以被叶绿体识别，也可以被线粒体识别。但迟伟教授课题组的最新研究，却揭示了一个完全不同的机制。

研究团队发现，一个名为Tic56的蛋白，原本被认为是叶绿体“专属员工”，但实际上它也悄悄出现在线粒体中。更令人称奇的是，它的“双重身份”还会“看人下菜碟”：在叶片等绿色组织中，它只去叶绿体；而在根等非光合组织中，它却只在线粒体“上岗”。这种组织特异性双定位，在双定位蛋白中极为罕见。进一步探索机制时，研究团队排除了“信号肽模糊”的可能性。他们发现，Tic56的N端48个氨基酸虽然可以将其牵引至叶绿体，但并不是靠“模糊”来左右逢源，而是可能通过与脂类分子形成一种特殊结构，从而实现线粒体定位。更出人意料的是，如果将这种结构“嫁接”到其他叶绿体蛋白上，后者原有的叶绿体“通行证”会被掩盖，转而也被运往线粒体。这相当于发现了一套全新的“伪装系统”。

这种独特的双定位机制并不仅限于拟南芥和大豆等双子叶植物的Tic56蛋白，在单细胞光合生物莱茵衣藻中同样存在，暗示它可能是一种在进化上高度保守的机制。该研究不仅为理解光合生物细胞器转运系统的进化提供了新线索，也为探究植物叶绿体与线粒体之间的信号对话开辟了新窗口。

已毕业博士生郭荫杰、在读硕士生张家睿、在读博士生曹婷为该论文的共同第一作者，迟伟教授为论文通讯作者。瑞士日内瓦大学Jean-David Rochaix教授在研究起始阶段给予了深入指导，华中农业大学端木德强教授为本研究提供了莱茵衣藻mRNA样品。该研究得到了国家重点研发计划、江苏省攀登计划、江苏省优势学科等项目的资助。

论文链接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.71152