NADPH氧化酶是一種與哺乳動(dòng)物嗜中性粒細(xì)胞gp91phox同源的氧化還原酶，主要參與植物的防御反應(yīng)，并調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。當(dāng)植物受到生物或非生物脅迫時(shí)，該酶會(huì)大量產(chǎn)生活性氧，使植物及時(shí)對(duì)逆境脅迫做出反應(yīng)，以適應(yīng)外界環(huán)境的變化。盡管對(duì)該蛋白的功能已有不少研究報(bào)道，但其在活細(xì)胞中參與逆境脅迫的機(jī)制尚不清楚。
中國(guó)科學(xué)院植物研究所科研人員及其合作者應(yīng)用可變角度的全內(nèi)反射熒光顯微鏡，結(jié)合單顆粒追蹤分析技術(shù)，在單分子水平上對(duì)擬南芥細(xì)胞質(zhì)膜NADPH氧化酶D（RbohD）進(jìn)行了活體動(dòng)態(tài)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，綠色熒光蛋白標(biāo)記的NADPH氧化酶（GFP-RbohD）主要分布在細(xì)胞膜上，與膜結(jié)構(gòu)的熒光標(biāo)記物FM4-64共定位，并且該蛋白的定位與囊泡循環(huán)的過(guò)程密切相關(guān)。利用單顆粒追蹤和單分子熒光漂白等技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，GFP-RbohD在細(xì)胞膜上呈高度動(dòng)態(tài)和不均一分布，主要以單聚體和二聚體的形式存在。運(yùn)用NADPH氧化酶抑制劑（DPI）、鈣離子載體（ionomycin）等處理轉(zhuǎn)基因材料，發(fā)現(xiàn)GFP-RbohD在細(xì)胞膜上的擴(kuò)散系數(shù)受到明顯影響，說(shuō)明其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與活性密切相關(guān)。在鹽脅迫下，GFP-RbohD會(huì)通過(guò)胞吞進(jìn)入胞質(zhì)，使質(zhì)膜上具有活性的RbohD蛋白減少。與籠型蛋白Clathrin、膜微區(qū)標(biāo)志蛋白Flot1等三維共定位分析顯示，該蛋白與它們均有不同程度的共定位，同時(shí)籠形蛋白依賴(lài)的途徑和膜微區(qū)依賴(lài)的途徑共同參與調(diào)控了GFP-RbohD的內(nèi)吞，特別是在高鹽脅迫下，膜微區(qū)途徑顯著增強(qiáng)，使得該蛋白受降解的比例顯著增高。
研究結(jié)果從單分子水平上分析了RbohD蛋白的分布、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及胞吞過(guò)程的變化規(guī)律，揭示了植物細(xì)胞可以通過(guò)調(diào)節(jié)該蛋白在質(zhì)膜上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及胞吞轉(zhuǎn)運(yùn)方式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)逆境自我調(diào)節(jié)的機(jī)制。
研究結(jié)果近期在線(xiàn)發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊The Plant Cell上。植物所副研究員郝懷慶和博士生范路生為該研究論文的并列第一作者，通訊作者為林金星研究員。研究得到了“973”項(xiàng)目資助和國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。
擬南芥中GFP-RbohD在細(xì)胞膜上呈高度動(dòng)態(tài)分布
鹽處理對(duì)GFP-RbohD的定位以及運(yùn)動(dòng)的影響
