赤霉素（Gibberellin, GA）是植物生长发育必需的植物激素，调控多种生长发育过程，包括种子萌发、光形态建成、叶片扩展、开花诱导、根发育及逆境响应。种子萌发标志着植物从休眠状态向活跃生长状态的转变，而暗形态建成的显著特征是黑暗环境下胚轴的充分伸长，这一过程能让萌发后的幼苗快速出土以捕获阳光。因此，种子萌发和暗形态建成是植物整个生命历程中关键的早期发育过程。细胞自噬（Autophagy）是真核生物中保守的降解机制，对于维持细胞稳态至关重要。在植物中，细胞自噬通常由碳氮营养缺乏激活，从而通过选择性细胞自噬降解多种信号通路的关键因子调控植物生长发育，帮助植物度过营养缺乏的胁迫。已有研究明确，GA可促进 DELLA蛋白通过 26S 蛋白酶体途径发生蛋白降解。GA是否可以促进DELLA蛋白通过细胞自噬途径发生蛋白降解，目前尚不清楚。

近日，生命科学学院杨洪全教授研究团队在Molecular Plant在线发表题为“Gibberellin triggers ATG8-dependent autophagic degradation of DELLA proteins to promote seed germination and skotomorphogenesis under nutrient starvation in Arabidopsis”的研究论文，揭示了赤霉素诱导DELLA蛋白的自噬降解促进植物种子萌发和暗形态建成的分子机制。

杨洪全教授课题组在细胞自噬途径参与植物蓝光受体CRY1信号转导的功能及作用的分子机理研究中（Jiang et al., 2025, Plant Cell），发现在黑暗和碳（C）氮（N）营养缺乏（−C−N）条件下，与营养充足条件相比，野生型（WT）种子萌发速度显著加快，而这种萌发速度的加快在细胞自噬突变体atg5 atg7和 atg8n中明显被减弱，暗示细胞自噬参与种子萌发的调控。进一步在黑暗和−C−N条件下，该团队检测了WT与自噬突变体种子对 GA 及其合成抑制剂多效唑（PAC）的敏感性。结果发现随着 PAC 浓度升高，WT对PAC的敏感性显著高于自噬突变体。为了排除内源 GA 差异影响，在含10 μM PAC的−C−N固体培养基中添加不同浓度的GA。结果发现WT对GA的敏感性显著高于自噬突变体。这表明 GA在−C−N条件下促进的种子萌发依赖于ATG5和 ATG7。RGL2 是 GA 信号通路中抑制种子萌发的关键 DELLA 蛋白，RGL2位于 ATG5和 ATG7的下游调控种子萌发。该团队进一步的研究发现RGA在遗传上位于ATG5和 ATG7调控在黑暗和碳氮缺乏条件下GA诱导的下胚轴伸长。因此，GA通过细胞自噬途径诱导的种子萌发和暗形态建成依赖于DELLA蛋白RGL2和RGA。

为了探明RGL2和RGA是否通过细胞自噬途径降解，该团队通过一系列的Western Blotting实验，在黑暗和碳氮饥饿条件下，证明了GA可通过GID1诱导RGL2和RGA蛋白的自噬降解，且该过程依赖于ATG5和ATG7的作用。进一步将瞬时表达了GFP-RGL2或GFP-RGA的野生型下胚轴原生质体置于添加ConA的W5（-C-N）溶液中，分别在黑暗条件下用GA处理或不处理，并培养12或24小时。激光共聚焦显微镜观察显示，在黑暗和碳氮缺乏条件且经GA处理后，部分GFP-RGL2/GFP-RGA转运至细胞质内，形成类似自噬体的荧光斑点。为了验证该荧光斑点是否为自噬体，该研究团队检测了atg5 atg7和ATG8a-i的九突变体atg8n下胚轴原生质体中荧光斑点的积累情况，结果发现这些突变体中几乎观察不到WT中所观察到的荧光斑点，表明在WT背景下观察到的斑点即为自噬体。此外，在GA受体GID1突变体gid1ac下胚轴原生质体中也几乎检测不到 GA 诱导产生的斑点，表明GA 可能以依赖于GID1的方式促进RGL2 和RGA细胞核的输出。进一步在黑暗和碳氮缺乏并添加ConA的条件下，在WT下胚轴原生质体中共同表达GFP-RGL2/GFP-RGA，以及自噬体标记蛋白 mCherry-ATG8a/e，处理GA 或不处理GA。结果显示：在黑暗和碳氮缺乏条件且经GA处理后，GFP-RGL2/GFP-RGA转运至 mCherry-ATG8a/e 所在的自噬体并大量共定位。而 gid1ac 突变体中，GA 诱导的 RGL2/RGA 出核及与 ATG8 共定位被显著抑制。这些结果表明在碳氮缺乏条件下，GA促进 的DELLA 蛋白与ATG8在自噬体中的共定位依赖于GID1。该团队通过进一步的生化分析，发现UDS-UIM位点介导了ATG8与DELLA蛋白的相互作用、GID1与ATG8可以发生依赖于GA的相互作用；GA通过促进GID1与ATG8相互作用增强了ATG8与RGL2和RGA蛋白的互作，进而促进ATG8和DELLA蛋白转运出细胞核以及自噬体形成，最终导致实现DELLA蛋白的自噬降解。基于上述研究结果，该研究团队提出了在营养缺乏条件下GA诱导DELLA蛋白的自噬降解促进植物种子萌发和暗形态建成的分子模型。在黑暗和碳氮缺乏且无 GA 存在的条件下，GA 受体 GID1 处于非活性状态，与 ATG8 的相互作用较弱，进而导致 DELLA 蛋白与 ATG8 的互作也较弱。此时，ATG8 与 DELLA 蛋白多数定位于细胞核，仅少量 DELLA 能转运至自噬体并在液泡中降解，且自噬体形成受抑。最终细胞核内 DELLA 蛋白大量积累，抑制种子萌发和下胚轴伸长相关基因的表达，从而导致种子萌发和暗形态建成受阻；在黑暗和碳氮缺乏且有 GA 存在的条件下，GA 与 GID1 结合后，诱导 GID1 构象变化，使其分别与 DELLA 蛋白、ATG8 形成强相互作用，进而促进 DELLA 与 ATG8 的强互作。大量 ATG8 与 DELLA 蛋白随之转运至自噬体并在液泡中降解，同时自噬体形成被促进。最终细胞核内 DELLA 蛋白显著减少，解除了对相关基因表达的抑制，从而促进种子萌发与暗形态建成。该模型为植物激素赤霉素促进植物对营养缺乏环境的适应性提供了分子水平上的认识。

GA介导 DELLA 蛋白选择性细胞自噬降解调控植物种子萌发和暗形态建成的分子模式图

上海师范大学生命科学学院博士生张诗龙和江露为该研究工作的共同第一作者，上海师范大学生命科学学院杨洪全教授和王文秀副教授为该论文的共同通讯作者。已毕业的博士研究生陈慧茹，硕士研究生熊敏妤和在读硕士研究生刘惠姗共同参与了这项工作。该研究得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金，以及上海市分子植物科学重点实验室和上海市种植资源协调中心的资助。

供　　稿：王文秀

责任编辑：陈婉娴