江西省、中國科學院廬山植物園植物生理研究組（劉芬研究員團隊），近年來通過模式植物擬南芥深入研究細胞自噬，在自噬的分子機制研究方面取得了系列進展，相關研究性成果分別發(fā)表在BMC biology（中科院一區(qū)top，IF=4.4）International Journal of Molecular Sciences（中科院二區(qū)，IF=4.9）、Scientific reports（中科院二區(qū)，IF=4.6）、iMetaOmics（新創(chuàng)刊物，暫未有影響因子）等國際學術期刊上。江西省、中國科學院廬山植物園為以上成果的第一完成單位。

1、通過蛋白質組學技術發(fā)現(xiàn)擬南芥自噬蛋白激酶ATG1的新功能

目前，對植物自噬起始的調控機制還有很多研究不清晰的地方。為了解析起始機制，需要從負責自噬起始的ATG1/13蛋白激酶復合體開始研究。ATG1刺激自噬生物發(fā)生，并作為經(jīng)典自噬的守門人。為了深入了解ATG1對自噬的控制并確定ATG1是否具有更廣泛的過程。劉芬研究員團隊對擬南芥中的Col-0野生型和自噬突變體atg1abct進行了徹底的蛋白質組學分析。相關研究發(fā)表在國際學術期刊BMC biology（2025年2月）。這些結果驗證了一些自噬相關蛋白，并發(fā)現(xiàn)了ATG1依賴的自噬和ATG1功能的新通路和可能機制。

我園程珊助理研究員和范思琦科研助理為論文的第一作者和共同第一作者，胡偉明研究員和劉芬研究員為論文的通訊作者。

圖1蛋白質組學分析的工作流程

（原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s12915-025-02149-3）

2、多組學技術解析自噬影響擬南芥根部微生物群

在之前的研究中，人們廣泛關注自噬在植物生長發(fā)育中的生理作用及其對非生物和生物脅迫的各種耐受性的調節(jié)。根微生物群被視為植物的第二基因組，在植物營養(yǎng)、發(fā)育和免疫中發(fā)揮著重要作用。然而自噬是否調節(jié)根微生物卻是未知的。劉芬研究員團隊應用16S rRNA和宏基因組研究自噬如何影響植物相關微生物組的組裝和生態(tài)功能。同時通過根蛋白組和代謝組詳細評估自噬對植物的影響。相關研究發(fā)表在國際學術期刊iMetaOmics（2024年9月），應用多組學方法揭示了自噬通過植物細胞壁、防御和根系分泌物全面調控擬南芥根系微生物的組裝。這些結果將植物蛋白質代謝途徑與根系微生物組聯(lián)系起來，不僅擴大對植物與根系微生物的互作機制的見解，而且強調了自噬對植物調控的復雜性。

我園程珊助理研究員為論文的第一作者，胡偉明研究員和劉芬研究員為論文的通訊作者。

圖2 自噬影響根部微生物群的潛在功能機制示意圖模型

（原文鏈接：https://doi.org/10.1002/imo2.28）

3、氮饑餓和自噬缺乏條件下擬南芥全基因組甲基化水平和轉錄水平分析

隨著科技的不斷進步，研究者對于細胞內各種生物學過程的認識也在不斷深化。自噬作為一種細胞內的關鍵生物學過程，一直備受科學家們的關注。在動物中已經(jīng)有大量的研究表明自噬與表觀遺傳學調控存在密切的關系。然而，目前尚不清楚植物自噬是否會影響全基因組DNA甲基化。劉芬研究員團隊通過WGBS和RNA-seq技術，發(fā)現(xiàn)了許多基因在缺氮條件下的表達會處于激活，特別是當自噬功能缺陷時，DNA甲基化水平發(fā)生了顯著變化，這揭示了自噬在調控擬南芥DNA甲基化中的潛在影響。這項研究為進一步理解自噬的分子機制以及植物如何應對氮缺乏提供了堅實的基礎，也為未來研究提供了更多關于細胞如何應對各種環(huán)境壓力的機制的新見解。相關研究成果發(fā)表在國際學術期刊International Journal of Molecular Sciences雜志(2023年9月)。

我園科研助理時云峰（現(xiàn)華南師范大學在讀博士生）為論文的第一作者，胡偉明研究員和劉芬研究員為本文的通訊作者。

圖3 全基因組亞硫酸氫鹽測序 （WGBS）和轉錄組分析 （RNA-seq）的數(shù)據(jù)分析工作流程。

（原文鏈接：https://doi.org/10.3390/ijms241814047）

4、擬南芥全長轉錄組分析揭示了自噬對光合作用的調節(jié)作用

自噬是真核生物中一種促進細胞長壽和營養(yǎng)循環(huán)的普遍機制，有助于植物應對各種生物和非生物脅迫。劉芬教授團隊為了深入研究自噬的調控機制，應用全長轉錄組方法，通過Oxford Nanopore Technologies研究氮饑餓處理下的野生型Col-0和自噬突變體（atg5-1）。相關研究成果發(fā)表在國際學術期刊Scientific reports（2024年6月）上，全長轉錄組測序為新轉錄本、LncRNA和可變剪接（AS）如何通過全長轉錄組測序參與植物自噬提供了新的見解，并表明自噬和光合作用之間存在新的潛在聯(lián)系。

我園王松副研究員為論文的第一作者，胡偉明研究員和劉芬研究員為本文的通訊作者。

圖4幼苗的光合作用指數(shù)統(tǒng)計

（原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41598-024-65555-7）

上述研究成果得到了國家自然科學基金、江西省“雙千計劃”、江西省國際科技合作項目、九江市“潯城英才”等項目的支持。