陕西
植物作为固着生物 ， 在自然环境中频繁遭遇因长时间黑暗、遮阴或非光合组织（如根、花、发育中的种子）导致 的碳源短缺 。线粒体作为细胞的能量工厂， 在碳源充足 时通过氧化磷酸化高效供应 ATP ；然而， 当碳源匮乏 时，线粒体自身的蛋白输入、膜电位维持及质量控制等过程反而持续消耗有限的能量，形成一种 “ 能源工厂反成耗能大户 ” 的代谢悖论。因此，植物如何在碳饥饿条件下快速、有序地调整线粒体群体数量与功能状态，是细胞生物学与植物逆境适应研究中的关键问题。
近日， 山东大学孙佳琦 教授 团队 在Science Advances上发表了题为 ER-mitochondria tether ML1 coordinates peripheral fission and wholesale mitophagy for plant adaptation to carbon starvation 的研究论文。该研究首次揭示，一个碳饥饿诱导的内质网 - 线粒体连接蛋白 ML1 （ mitochondria-ER linker 1 ），通过在细胞器接触位点同时协调线粒体分裂模式转换与 “ 批发式 ” 线粒体自噬（ wholesale mitophagy ），实现了线粒体群体的 快速降载与 资源回收，为植物适应碳饥饿提供了精妙的代谢调控新范式。
碳饥饿下线粒体分裂模式 “ 急转弯 ” ：从均等分裂到外周非对称分裂
借助高分辨活细胞成像，研究团队在拟南芥根细胞中清晰定义了两种不同的线粒体分裂模式 ：产生相似大小子代的中部均等分裂，以及产生小型低膜电位片段与较大健康线粒体的外周非对称分裂。正常生长条件下，中部均等分裂占据主导；而碳饥饿诱导后，分裂模式发生剧烈反转，外周分裂比例在 24 小时内从不足 10% 飙升至约 90% 。这表明植物能够根据 碳源供应 状态主动切换分裂方式，以适应不同的生理需求。
正常生长条件下，拟南芥根细胞中表达 Mito-GFP 的线粒体中部均等分裂（ B ）与外周非对称分裂（ C ）的活细胞成像。
“ 批发式 ” 线粒体自噬：不挑 “ 坏 ” 的， 专清 “ 中等个头 ” 健康线粒体
与传统认知中线粒体自噬优先清除受损或去极化细胞器不同，该研究发现碳饥饿诱导的自噬并非靶向外周分裂产生的小型低膜电位片段，而是选择了膜电位正常、中等大小的线粒体进行清除，小型片段及过长线粒体则被 “ 豁免 ” 。这种不依赖损伤信号的 “ 批发式 ” 清除，在自噬缺失突变体中显著受阻，证明这是一条区别于经典损伤清除的主动代谢适应通路 。 其目的并非单纯的 “ 质量控制 ” ，而是快速降低线粒体总体负担，并回收内部资源，实现 “ 开源节流 ” 。
碳饥饿处理 12 小时后， 共表达 Mito-GFP 与 mCherry-ATG8e 的根细胞中，一个中等大小线粒体被 ATG8e 阳性吞噬泡逐渐包裹的 实时 成像，显示 了 批发式线粒体自噬过程 。
缺粮时的 “ 生存之道 ” ： ML1 统筹 “ 边切边清 ”
碳饥饿时， ML1 富集于内质网 - 线粒体接触位点，在该平台上同时驱动两件事：一边促进线粒体外周分裂以隔离潜在受损区域，一边招募自噬蛋白 ATG18a 启动线粒体自噬，实现 “ 边切边清 ” 的高效协同。缺失 ML1 或自噬关键基因的突变体在碳饥饿下均表现出更严重的黄化与生长抑制，而回补 ML1 可完全恢复表型；该通路对氮饥饿并不敏感，显示其对碳饥饿的特异性 ， 这套 “ 生存之道 ” 是植物专门应对缺粮危机的应急方案。 本 研究突破了传统线粒体自噬以 “ 损伤清除 ” 为核心的框架，提出了 “ 代谢适应性线粒体自噬 ” 的新概念，将分裂模式转换、细胞器接触位点与选择性自噬整合到统一的调控网络中。
山东大学博士生 史本慧 为论文第一作者， 孙佳琦 教授和 邵阳 博士后为本文共同通讯作者。
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef6631
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
