EXPO的故事

姜里文教授(左一)与他的研究团队
EXPO处于质膜外围,正准备释放蛋白质。黑色微点显示EXPO里蛋白的存在

生命科学学院的姜里文教授谦虚地说:「你今天所见的,是几代学生努力的成果。」他忆述2000年加入中大时,如何「幸运」地招收到第一批研究生。他和历届学生在植物细胞生物学的研究上屡有突破,包括发现一种新的细胞器,命名为EXPO(胞吐囊细胞器),它可以调节植物中蛋白质的非传统分泌途径。

细胞器和细胞的关系,就像器官和人体的关系一样。液泡前体区室(PVC)、多泡体(MVB)、高尔基体、反面高尔基网络(TGN)和EXPO,都是不同的细胞器,在植物细胞中执行不同的「指挥交通」功能。藉着研究植物中的传输系统,我们可以更深入了解植物的生长、存活、产量和价值。

从一小步开始

十年前,人们对植物PVC的动态和分子组成所知甚少。姜教授和海德堡大学的研究小组,首先发现MVB是植物细胞内的PVC和晚期核内体,而TGN则是一种早期核内体,把分泌途径和内噬途径与植物细胞中的溶解液泡连系起来。核内体就像植物传输系统中的分流处,情形就像发现了传送细胞物资的高速公路,核内体发挥车站的功能。

研究小组采用多种方法为新蛋白质加上标记,并利用高压冷冻技术和共焦激光扫描显微镜检查等方法,研究植物的其他细胞器和传输途径。小组发现了EXPO,这是一种非传统的分泌方式,在细胞质蛋白质的运送上起着关键作用。细胞质蛋白质可以作为抗菌剂,在病原体入侵时保护植物,又在细胞壁的生物合成中起着重要作用。

指挥植物的交通

有些细胞物料会经由传统的传输系统运送,有些则不,此中原因未明,但研究小组2012年在The Plant Cell期刊发表论文,解答了部分问题。研究小组发现,经高尔基体定域的拟南芥内膜蛋白十二的羧基端既含有内质网输出讯号,也有高尔基体保留讯号。这些分流讯号,就像汽车的全球定位系统(GPS)一样,是植物细胞里内膜蛋白前往高尔基体的一般机制。

人们大可以假设蛋白质的分泌全靠这些GPS讯号,但在细胞膜外发现无人带领下分泌出来的蛋白质,却挑战了这个假设。没有GPS导航,这些蛋白质如何到达细胞膜外?植物学界一直忽略这个非传统的蛋白质分泌途径,直至姜教授的团队和两所德国大学合作,才认真加以研究,尤其是EXPO的作用。

新一代科学家

EXPO的功能和运作之谜正逐步解开,而曾参与以上研究的研究生如谢宇聪林尚锟缪岩松王涓丁郁高彩吉等,目前在国际研究及学术机构均有很好的发展。姜教授期望下一代学生继续探索植物生物学的新领域。