广州中医药大学王宏斌/靳红磊团队有关“叶绿体-细胞核信号交流”相关成果获得《Molecular Plant》期刊专文评述
2025年3月，广州中医药大学药用植物生理生态研究所王宏斌/靳红磊团队在国际著名期刊Molecular Plant (IF=24.1) 发表了题为 “Chloroplast State Transitions Modulate Nuclear Genome Stability via Cytokinin Signaling in Arabidopsis” 的研究论文。该研究获得国际同行广泛关注。2025年6月，植物细胞生物学领域知名专家、法国巴黎萨克雷大学国家科学研究中心Cécile Raynaud教授在Molecular Plant 撰写专文 “Cytokinin signaling connects the chloroplast function with nuclear genome stability”，对该工作进行了深度评述。
叶绿体作为半自主细胞器，其功能受到自身基因组和细胞核基因组的双重调控。两者之间的信号交流对植物适应环境和生长发育至关重要。细胞核基因组的稳定则是细胞功能正常行使的基础。深入解析核基因组如何特异性响应叶绿体信号，是理解植物生命活动与环境适应中核质协同机制的关键[1]。
研究团队长期从事叶绿体功能调控相关研究。近年来发现叶绿体基因组稳态可通过活性氧信号反馈调控核基因组稳态，初步建立了叶绿体与细胞核基因组稳态间的桥梁；并发现了叶绿体——细胞核基因组稳态的双重调控蛋白CND1，揭示了核质基因组稳态跨区域协同调控的新机制，开辟了植物生长发育核质协同研究新方向[2, 3]。研究团队受邀在国家自然科学基金委员会主管、主办的期刊Fundamental Research上就“绿体-细胞核/线粒体基因组稳态协同调控”发表题为“Coordination of genome stability: Novel communication pathways between chloroplasts and other compartments in plant cells”观点论文[1]。
研究团队今年发表在Molecular Plant 的研究工作进一步揭示了叶绿体光合作用状态转换异常影响核基因组稳定性的调控机制，提出了细胞分裂素信号参与叶绿体和细胞核跨区域的信号交流新模式。Cécile Raynaud教授在评述中指出，该研究表明在状态转换突变体stn7中，细胞分裂素信号因子ARR10直接与DNA复制关键蛋白PCNA发生相互作用，从而诱发了复制依赖性的DNA损伤，且细胞分裂素信号相关蛋白参与质体到细胞核的信号传递。这一发现确立了细胞分裂素信号转导是介导细胞器功能与细胞核基因组稳定性互作的关键媒介。
图2. 叶绿体-细胞核/线粒体基因组稳态协同调控[1]
叶绿体功能调控
评述还特别强调，近期动物学研究发现，生理水平的线粒体活性氧（ROS）积累并不能直接导致核DNA损伤。这提示在动物系统中，可能同样存在类似植物中发现的、由特定信号分子（如类似细胞分裂素的分子）介导的机制，将细胞器（线粒体）氧化还原状态的变化与核基因组完整性联系起来，佐证了该研究中揭示的“信号分子”机制可能具有普适性生物学意义，为解析环境胁迫下细胞器功能与基因组稳定性互作提供了新范式。未来研究需进一步研究解析叶绿体电子传递状态如何影响细胞分裂素生物合成基因表达，并探究不同逆行信号通路在调控植物核基因组稳定性中的协同关系，最终将这些响应整合到植物整体环境适应和发育可塑性的框架中。
全文链接：
https://doi.org/10.1016/j.molp.2025.03.016；
https://doi.org/10.1016/j.molp.2025.01.021
参考文献
[1] Duan, S., Zeng, Y., Wang, H., and Jin, H. (2024). Coordination of genome stability: Novel communication pathways between chloroplasts and other compartments in plant cells. Fundamental Research.
[2] Duan, S., Hu, L., Dong, B., Jin, H., and Wang, H. (2020). Signaling from Plastid Genome Stability Modulates Endoreplication and Cell Cycle during Plant Development. CELL REP 32, 108019.
[3] Jin, H., Duan, S., Zhang, P., Yang, Z., Zeng, Y., Chen, Z., Hong, L., Li, M., Luo, L., and Chang, Z., et al. (2023). Dual roles for CND1 in maintenance of nuclear and chloroplast genome stability in plants. CELL REP 42, 112268.
