拟南芥基于COG复合体的高尔基体形态维持和囊泡运输的分子网络解析

COG complex is a tethering factor for COPI vesicles, and plays an important role in Golgi retrograde transport. We have recently characterized COG subunits COG3 and COG8. cog3-/+ and cog8-/+ mutants are both male sterile, mutant pollen displayed altered Golgi morphology, defective in tethering of COPI, and deficient transport of cell wall materials to the pollen tube tip, but the molecular mechanism remain elusive. Therefore, the central goal of this proposal is to illustrate the molecular network related to the plant COG complex using a combination of molecular and biochemistry, cell biology and genetics approaches. Specific objectives are to characterize the interactions between COG5 and Rab、β-COP；COG3 and SYP31、SYP32 , and their significance in Golgi morphology maintenance and vesicle trafficking. In doing so, we hope to improve our understanding of plant Golgi apparatus.

COG（conserved oligomeric Golgi）是拴系COPI(coat protein complex I)囊泡的复合体，在高尔基体的逆向运输发挥重要作用。我们前期研究表明植物COG亚基COG3和COG8可以调控高尔基体的运输和形态结构，并影响花粉管的生长，但其分子调控机制还不清楚。该项目计划通过多种研究方法（细胞，遗传，分子与生化）对由酵母双杂交筛选得到1) COG5与Rab、β-COP；2）COG3与SYP31、SYP32的互作及其相关突变体展开研究，解析基于COG复合体的高尔基体形态维持和囊泡运输的分子网络，提高人们对植物高尔基体这一细胞器的认识。

本课题旨在运用多种技术手段来解析植物囊泡运输栓系复合体Conserved Oligomeric Golgi（COG）相关的分子网络。主要鉴定1）COG5和Rab、β-COP；2）COG3和SYP31/SYP32的互作以及在高尔基体形态维持和囊泡运输中的作用。第一项工作将要完成，而第二项工作已经发表在plant physiology上，以下为这一工作的总结：.花粉发育是被子植物有性生殖的关键步骤。高尔基体通过合成并运送细胞壁物质在其中发挥重要作用。然而，人们对植物中Golgi形态维持的分子机制知之甚少。拟南芥SYP31和SYP32是仅有的Golgi定位的Qa-SNAREs，其在植物生长发育中的功能未知。这里，我们的研究证实了SYP31和SYP32在调控Golgi形态和花粉发育中的功能。两条独立的syp31/+ syp32/+双突变株系的雄配子体不育；转入pSYP32:SYP32能将其传递率从零提升至基本正常，但转入pSYP32:SYP31不能恢复，说明SYP31和SYP32在花粉发育中的功能有分化。syp31 syp32 花粉发育的停滞最早发生在小孢子向二核花粉转换的过程中，花粉有丝分裂 I（PMI）的细胞板以及花粉内壁的沉积不正常。在syp31 syp32 花粉中, Golgi 囊腔的数量和长度显著减少，其周边的出现大量囊泡，这可能缘于正向和反向运输的缺陷。SYP31和SYP32与COG3亚基直接互作, 并为COG3的Golgi定位所必需，这提供了SYP31/32参与Golgi内部运输的分子机制。我们认为SYP31和SYP32在花粉发育中的功能部分冗余，它们共同调控了蛋白运输和Golgi结构。.在本基金的支持下，我们发表了另外两篇文章（均为第一标注）：.1).Overexpressed Tomosyn binds syntaxins and blocks secretion during pollen development. Plant Physiol 2019, 181, 1114-1126. .2).Arabidopsis COG6 is essential for pollen tube growth and Golgi structure maintenance. Biochem Biophys Res Commun, 2020, 528, 447-452