奋进的暑期丨生物学院潘怀荣课题组发现根瘤特异信号肽蛋白酶BID1调控共生固氮的新机制

近日，生物学院潘怀荣课题组发现了根瘤特异信号肽蛋白酶BID1在调控根瘤细胞内质网-共生体信号传递方面的重要功能。

根瘤细胞中，从内质网向共生体运输的调控蛋白（如NCR多肽等），在它们的未成熟序列的N端会有信号肽肽段。之前的研究表明，根瘤特异的DNF1信号肽酶切复合体能够切除信号肽肽段，确保成熟蛋白的正确折叠和转运。潘怀荣课题组发现了一个蒺藜苜蓿固氮缺失型突变体bid1，只能形成白色圆形的小根瘤，根瘤细胞中的共生体不能够正常分化。BID1基因编码信号肽蛋白酶（Signal Peptide Peptidase），功能是降解被信号肽酶切复合体切除后，残留在内质网膜上的信号肽片段。BID1基因在根瘤组织中被根瘤菌侵染的细胞中特异表达，BID1蛋白特异定位在根瘤细胞的内质网膜上。

有意思的是，bid1突变体根瘤细胞中，内质网的形态也发生了剧烈变化。荧光共聚焦显微观察和透射电镜连续切片和3D模型构建表明，bid1突变体中，内质网不再是规则的网状结构，也不能围绕在共生体周围，证明BID1是内质网形态维持的重要调控元件。同时，在bid1根瘤细胞中，多个关键共生体调控蛋白如NCR001，NCR166，CAML1等不能够正确分泌到共生体上。

以上结果表明，BID1是根瘤细胞中内质网-共生体信号传递途径的关键元件，通过调控内质网上残留信号肽片段的清除控制内质网的功能和形态结构，从而控制宿主调控蛋白向共生体的定向运输。BID1基因的发现，为深入研究内质网-共生体之间的结构关系和根瘤细胞内质网-共生体亚细胞运输路径奠定了基础。

相关研究成果以题为“A signal peptide peptidase is required for ER-symbiosome proximal association and protein secretion”的研究论文于7月19日发表在国际知名学术期刊《Nature Communications》。湖南大学生物学院博士生杨剑是论文第一作者，潘怀荣教授是论文通讯作者。兰州大学陈汝进教授、陈玉辉副教授，郑州烟草研究院翟妞研究员，潘怀荣教授课题组硕士生王卢英对本论文有重要贡献。

本研究得到了国家自然科学基金面上项目、中国-土耳其国际合作研究项目和长沙市科技计划项目的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-40008-3。

来源：生物学院

责任编辑：蒋鼎邦