學術探奇

蹊徑另闢──中大教授發現不尋常的植物蛋白質分泌

姜里文教授認為,太空與地球信息科學研究所?星遙感地面接收站的球裝外型,恰如一種被稱為「披網格蛋白小泡」的典型運輸小泡。<br>
(Keith Hiro攝)

一般來說,植物分泌蛋白質(或稱為胞外分泌)是由植物細胞內數個細胞器,經特定分泌途徑進行。蛋白質內由一組氨基酸組成的訊號序列(又叫領路序列),決定分泌的方向,就像全球定位系統指揮蛋白質前往内質網──分泌途徑的第一站,之後再經其他的細胞器,一站一站地完成餘下的路徑。用這種方式分泌的蛋白質,包括細胞膜蛋白質和細胞壁修正酶,是植物生長的基本材料。

中文大學生命科學學院姜里文教授及其研究團隊專研植物的常規蛋白質分泌,但在分析實驗室培養的樣本所分泌的蛋白質時,發現在細胞外圍,竟有愈來愈多的蛋白質是沒有訊號序列的。換句話說,沒全球定位系統的汽車卻能出現於叢林之外。這些蛋白質是如何出現的?它們是取道常規的分泌途徑?哪個細胞器負責執行這種非常規的分泌?

研究人員以轉盤共聚焦顯微鏡來觀察植物細胞的動態<br/>
(Keith Hiro攝)

像人類一樣,植物接觸空氣、泥土和水的同時,也會接觸到病原體。當真菌、細菌、病毒或昆蟲等傳染物入侵時,植物的抵抗方式,包括釋放抗菌劑,嚇退或殺死來襲者。姜教授正是研究這個過程,亦即科學家一直認為是屬於常規分泌的領域。可是,他發現的情況卻不是這樣的。

研究團隊採用多種方法來追踪外圍細胞的蛋白質是否依循常規途徑出現。舉例說,他們替細胞不同部位染上螢光標記,再觀察研究靶子的交疊處是否處於同一個細胞器內。團隊又於細胞的分泌途徑中加入抑制劑,並發現沒有訊號序列的蛋白質對抑制劑無甚反應。種種研究結果顯示,蛋白質肯定是採用了另一傳輸途徑。

經螢光染劑處理後的發芽期花粉管。花粉管是研究蛋白質傳輸的最佳細胞系統。<br>
(王浩博士製圖)

過程中,研究團隊發現一個新的雙層膜細胞器,負責調節這種非常規的蛋白質分泌途徑,並命名為EXPO(exocyst-positive organelle胞吐囊細胞器)。胞吐囊是一種蛋白質複合物,出現於酵母和動物細胞的蛋白質分泌中。EXPO在植物的功能之一,是釋放物質以警告來襲者或保衞自身。

這些全新的發現,把植物受襲時細胞的反應情景呈現出來。當病原體入侵細胞壁,繼而進入胞膜,植物會馬上收到訊號,加速產生EXPO。每個EXPO都載有抗菌劑,一旦跟胞膜胞壁融合,便會釋放抗菌劑至植物表面。

EXPO處於質膜外圍,正準備釋放蛋白質。黑色微點顯示EXPO裏蛋白的存在

姜教授認為發現只是起步點:「深入探索EXPO所含的物質及其對病原體攻擊的反應,將是十分有趣的研究。我們假設EXPO在細胞壁的生物合成和植物的自我防禦中發揮一定作用,了解它的功能和傳輸途徑,有助推展生物燃料及植物生物技術的研究。」

姜教授許已肯定了汽車沒有全球定位系統也可以找到新路徑,直達叢林之外。然而,對於這途徑的錯綜複雜機理,仍有很多未解之謎,有待日後研究一一解開。

本文出自《中大通訊》第415期(2013年4月)

標籤
姜里文 生命科學學院 理學院 植物細胞 生物研究 蛋白質分泌 胞吐囊細胞器 教授