PLoS Biol︱谷杨楠团队揭示植物核孔复合体新组分GBPL3在核篮和核纤层之间发挥 “桥梁” 的新机制

撰文︱唐  雨责编︱王思珍，方以一

编辑︱杨彬薇

核孔复合体是真核生物细胞内最大最复杂的结构，镶嵌在双层的核膜上并负责大分子物质的双向选择性运输[1]。此外，核孔复合体还参与了其它一系列重要的生物学过程，比如调控染色体的活性、基因表达、细胞周期等[2-4]。但在植物中对核孔复合体的分子机制研究知之甚少。

2022年10月21日，由加州大学伯克利分校谷杨楠团队于PLoS Biology在线发表了题为“GBPL3 localizes to the nuclear pore complex and functionally connects the nuclear basket with the nucleoskeleton in plants”的研究成果。该论文运用最新的邻近标记法并结合免疫电镜，确定了GBPL3为新的植物核孔复合体组分；GBPL3在核篮附近通过招募转录调控和RNA加工修饰等相关重要因子参与了基因表达调控过程；并首次确定了GBPL3作为一个核篮和核纤层之间的功能性的“桥梁”在植物生长发育和对抗不同胁迫中起重要作用。该研究为解析植物不同的核孔复合体和核纤层在核膜周边的专职化提供了重要线索。

研究人员发现植物保守蛋白GBPL3富集在差减蛋白组法和以多种内核膜蛋白做诱饵的邻近蛋白组学为基础的核膜组分中（图1a），这暗示GBPL3是一个内核膜上的候选蛋白。通过荧光免疫电子显微镜，发现GBPL3定位于核膜周边并定位在核孔复合体附近（图1b-c），因此定义了GBPL3为植物所特有的核孔复合体新组分。邻近蛋白组学和蛋白质互作验证进一步展示了GBPL3主要定位在核孔复合体的核篮上可以和周边的核篮组分互作，并可以招募染色体重塑因子、转录调控因子和RNA加工修饰复合体（图1d-f）。这表明植物核篮与酵母和动物中的核篮在基因表达调控方面的功能相似，很可能起到了genegating（基因门控）的调控作用。

图1 GBPL3富集在核孔复合体上并招募基因转录、RNA加工因子

(图源：Yu T et al., PLoS Biology, 2022)

CRISPR/Cas9技术获得的gbpl3单突变体表现出根短和植株整体生长缓慢，开花后其角果表现出完全不育、并且花粉发育畸形，这说明GBPL3参与调控植物营养生长和生殖生长两方面过程（图2a-d）。全基因组RNAseq测序结果显示GBPL3还参与了植物生物和非生物胁迫过程，比如大量抗病相关基因上调、营养吸收相关基因明显下调（图2e）。因此，作为植物核孔复合体的新成员，GBPL3参与到了植物生长发育和胁迫响应过程。

图2 GBPL3参与植物生长发育和胁迫响应

(图源：Yu T et al., PLoS Biology, 2022)

此外，借助双分子荧光互补技术（bimolecular fluorescence complementation，BiFC）和酵母双杂交（yeast two-hybrid, Y2H），研究人员发现GBPL3的coiled-coils（螺旋区）可以和内核膜下方不同的核纤层蛋白CRWNs互作。有意思的是，gbpl3突变体与不同的4个crwn单突变体杂交后，表现出不一样的表型，比如gbpl3 crwn1的表型最明显—幼苗死亡；gbpl3 crwn2—植物生长缓慢、叶片衰老；gbpl3 crwn3—植物生长缓慢、叶片衰老、叶子上无表皮毛；gbpl3 crwn4—植物水杨酸过度积累、出现植物免疫自激活反应和细胞程序性死亡（图3）。这证明GBPL3可以和不同的核纤层蛋白分别调控植物生长发育和各种胁迫反应。

图3 GBPL3与不同的核纤层组分调控不同植物生长和胁迫反应

(图源：Yu T et al., PLoS Biology,2022)

图4 GBPL3在核孔复合体上的功能总结

(图源：Yu T et al., PLoS Biology, 2022)

文章结论与讨论，启发与展望综上所述，本研究发现了新的核孔复合体新组分GBPL3，通过招募转录调控和RNA加工修饰等关键因子参与调控基因门控 (gene gating) 过程；另外，GBPL3作为一个核孔复合体和核纤层之间的桥梁蛋白在植物生长和对抗胁迫各方面起到了重要调控作用（图4）。本研究为核孔复合体和核纤层在空间分布上的非均质性提供了初步的证据和奠定了理论基础。但本研究中的核孔复合体和核纤层之间互作的具体分子调控机制，仍有待更深入地研究。

原文链接：https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3001831

加州大学伯克利分校的谷杨楠教授为通讯作者，唐雨博士为该论文的第一作者，香港中文大学的Byung-Ho Kang教授和Man Ip Ho博士也为本文做出了重要贡献。

欢迎扫码加入岚翰生命科学：文献学习2

群备注格式：姓名-单位-研究领域-学位/职称/称号/职位

往期文章精选优质科研培训课程推荐【1】R语言生信数据分析及可视化作图研讨会（2022年11月5-6日 腾讯在线会议）【2】肠道菌群与代谢组学研究策略研讨会（2022年11月5-6日 腾讯在线会议）欢迎加入“岚翰生命科学” ”岚翰生命科学“ 诚聘副主编/编辑/运营岗位 (在线办公)

参考文献（上下滑动阅读）

[1] Lin DH, Hoelz A. The structure of the nuclear pore complex (an update). Annual review of biochemistry. 2019;88:725.

[2] Gallardo P, Salas-Pino S, Daga RR. A new role for the nuclear basket network. Microbial Cell. 2017;4(12):423.

[3] Imamoto N, Funakoshi T. Nuclear pore dynamics during the cell cycle. Current opinion in cell biology. 2012;24(4):453-9.

[4] Sun J, Shi Y, Yildirim E. The nuclear pore complex in cell type-specific chromatin structure and gene regulation. Trends in Genetics. 2019;35(8):579-88

本文完