植物细胞中囊泡再循环模式及调控机制研究

囊泡再循环是维持胞吞与胞吐之间平衡的必要前提，自20世纪80年代以来，囊泡的再循环模式和调控机制就一直是国际上细胞生物学研究的热点课题。植物中是否存在FCF（完全融合）、kiss and run（部分融合即离开）以及kiss and stay(部分融合且停留）等多种囊泡再循模式至今还没有明确的报道。为了提供证据支持，本项目拟以拟南芥花粉管为材料，利用pHluorin和pH敏感的量子点等新的标记技术，借助隐失波荧光显微术（EWM）和相关电镜（CLEM）等新的成像技术，在单个囊泡水平对对拟南芥花粉管中的囊泡再循环进行活体实时成像,结合Matlab和ImageJ等软件分析，阐明植物细胞中存在的囊泡再循环模式类型，并对它们的发生频率进行定量分析；同时借助遗传和药理学等手段，阐明clathrin、Ca2+以及细胞骨架对囊泡再循环的调节机理，揭示植物细胞中囊泡再循环的调控机制。

囊泡再循环是维持胞吞与胞吐之间平衡的必要前提，自20 世纪80 年代以来，囊泡的再循环模式和调控机制就一直是国际上细胞生物学研究的热点课题。植物中是否存在FCF（完全融合）、kissand run（部分融合即离开）以及kiss and stay(部分融合且停留）等多种囊泡再循模式至今还没有明确的报道。为了提供证据支持，本项目拟以拟南芥花粉管为材料，利用pHluorin 和pH 敏感的量子点等新的标记技术，借助隐失波荧光显微术（EWM）和相关电镜（CLEM）等新的成像技术，在单个囊泡水平对对拟南芥花粉管中的囊泡再循环进行活体实时成像,结合Matlab 和ImageJ 等软件分析，阐明植物细胞中存在的囊泡再循环模式类型，并对它们的发生频率进行定量分析。. 在长期的进化过程中, 植物形成了独特的离子吸收的自我调控机制。植物主要通过铵转运蛋白(Ammonium transporter, AMT)实现对铵根离子的吸收, 但其在活细胞中的转运过程以及调节机制尚不明确。我们应用可变角度的全内反射荧光显微镜(VA-TIRFM)和荧光相关光谱技术(FCS), 在单分子水平上对拟南芥根表皮细胞质膜铵转运蛋白AMT1;3进行了活体动态分析。研究发现,在正常条件下AMT1;3主要以三聚体的功能形式存在; 但在高铵胁迫下, AMT1;3在膜微区迅速聚集, 随后通过内吞进入胞质降解, 使细胞的铵转运能力降低。在MT1;3的内吞过程中, 笼形蛋白依赖的途径和膜微区依赖的途径分别介导了不同的调控方式。该研究以一种全新的视角, 揭示了植物细胞能够通过膜蛋白的不同聚合方式和内吞降解, 实现自我保护的机制。(PNAS, 2013, 110(32):13204-13209).