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BmCaspase-8-like regulates autophagy by suppressing BmDREDD-mediated cleavage of Bmatg6

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Insect Science 2023年第2期30卷 365-374页

作者： Chang Sun Dongmei Wei Yumeng Pan Xiaoyi Xiao Fei Wang State Key Laboratory of Silkworm Genome Biology Southwest UniversityChongqingChina Biological Science Research Center Southwest UniversityChongqingChina

Autophagy plays an important role in tissue remodeling during insect development.The interplay between autophagy-related(atg)proteins and caspases regulates the autophagic activity of atgs,thereby modulating the process of autophagy.Our previous study characterized BmCaspase-8-like(BmCasp8L)as a caspase suppressor that inhibits apoptosis and immune signaling by suppressing the activation of death-related ced-3/Nedd2-like caspase(DREDD),a caspase-8 homolog in silkworm.In this study,we explored the regulatory role of BmCasp8L in autophagy.We found that the expression of Bmcasp8l increased from the late spinning stage to the pupa stage in the posterior silk gland(PSG),correlating with the expression patterns of Bmatg8 and Bmatg6.RNA interference-mediated downregulation of BmCasp8L expression significantly decreased starvation-induced autophagic influx as determined by the levels of Bmatg8–phosphatidylethanolamine and the percentage of cells displaying punctate enhanced green fluorescent protein-Bmatg8.Conversely,the overexpression of BmCasp8L significantly increased autophagic influx.We also found that BmCasp8L underwent autophagic degradation induced by starvation and that it was colocalized with Bmatg8.Lastly,we demonstrated that BmDREDD attenuated autophagy and BmCasp8L suppressed BmDREDD-mediated cleavage of Bmatg6.Taken together,our results demonstrated that BmCasp8L is a novel proautophagic molecule which suppresses BmDREDD-mediated cleavage of Bmatg6 and is a target for autophagy.

关键词： atg6 atg8 autophagy Bombyx mori Caspase-8-like DREDD

A positive feedback regulation of SnRK1 signaling by autophagy in plants

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Molecular Plant 2023年第7期16卷 1192-1211页

作者： Chao Yang Xibao Li Lianming Yang Shunquan Chen Jun Liao Kailin Li Jun Zhou Wenjin Shen Xiaohong Zhuang Mingyi Bai Diane CBassham Caiji Gao Guangdong Provincial Key Laboratory of Biotechnology for Plant Development Ministry of Education&Guangdong Provincial Key Laboratory of Laser Life ScienceSchool of Life SciencesSouth China Normal UniversityGuangzhou 510631China Guangdong Provincial Key Laboratory of Applied Botany&Key Laboratory of South China Agricultural Plant Molecular Analysis and Genetic Improvement South China Botanical GardenChinese Academy of SciencesGuangzhou 510650China Centre for Cell and Developmental Biology and State Key Laboratory of Agrobiotechnology School of Life SciencesThe Chinese University of Hong KongShatinNewTerritoriesHongKongChina The Key Laboratory of Plant Development and Environmental Adaptation Biology Ministry of EducationSchool of Life SciencesShandong UniversityQingdao 266237China Department of Genetics Development and Cell Biologylowa State UniversityAmesIAUSA

SnRK1,an evolutionarily conserved heterotrimeric kinase complex that acts as a key metabolic sensor in maintaining energy homeostasis in plants,is an important upstream activator of autophagy that serves as a cellular degradation mechanism for the healthy growth of plants.However,whether and how the autophagy pathway is involved in regulating SnRK1 activity remains unknown.In this study,we identified a clade of plant-specific and mitochondria-localized Fcs-like zinc finger(FLZ)proteins as currently unknown atg8-interacting partners that actively inhibit SnRK1 signaling by repressing the T-loop phosphorylation of the catalyticαsubunits of SnRK1,thereby negatively modulating autophagy and plant tolerance to energy deprivation caused by long-term carbon starvation.Interestingly,these AtFLZs are transcriptionally repressed by low-energy stress,and AtFLZ proteins undergo a selective autophagy-dependent pathway to be delivered to the vacuole for degradation,thereby constituting a positive feedback regulation to relieve their repression of SnRK1 signaling.Bioinformatic analyses show that the atg8-FLZ-SnRK1 regulatory axis first appears in gymnosperms and seems to be highly conserved during the evolution of seed plants.Consistent with this,depletion of atg8-interacting ZmFLZ14 confers enhanced tolerance,whereas overexpression of ZmFLZ14 leads to reduced tolerance to energy deprivation in maize.Collectively,our study reveals a previously unknown mechanism by which autophagy contributes to the positive feedback regulation of SnRK1 signaling,thereby enabling plants to better adapt to stressful environments.

关键词： snrk1 autophagy atg8 FLZ carbon starvation

Laodelphax striatellus atg8 facilitates Rice stripe virus infection in an autophagy-independent manner

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Insect Science 2021年第2期28卷 315-329页

作者： Yuan-Ling Yu Meng-Ting Zhang Yan Huo Ji-Liang Tang Qing Liu Xiao-Ying Chen Rong-Xiang Fang Li-Li Zhang State Key Laboratory of Plant Genomics Institute of MicrobiologyChinese Academy of ScienceBeijingChina CAS Center for Excellence in Biotic Interactions University of the Chinese Academy of SciencesBeijingChina State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-bioresources Guangxi UniversityNanningChina National Plant Gene Research Center BeijingChina

Rice stripe virus(RSV)is the causative agent of rice stripe disease and is completely dependent on insect vectors for its plant-to-plant transmission.Laodelphax striatellus is the major insect vector for RSV.In this study,we explored the interactions be-tween RSV infection and L.striatellus autophagy,a potential intrinsic antiviral mechanism in insects.We found that L.striatellus autophagic activity did not affect RSV infection;however,the autophagy related-8(atg8)gene significantly enhanced virus infection.Dur-ing RSV initial infection within the L.striatellus midgut,silencing of atg8 expression significantly decreased the phosphorylation of c-Jun N-terminal kinase(p-JNK);however,when RSV infection is absent,silencing of atg8 did not alter p-JNK levels.Thesc results indicated that atg8 might activate the JNK machinery by allowing more virus infection into cells.We further revealed that atg8-deficiency significantly decreased RSV accumu-lation on the surface of the insect midgut epithelial cells,suggesting a receptor trafficking function of the y-aminobutyric acid receptor-associated protein family.Using the RSV ovary entry as a model,in which vitellogenin receptor(V gR)mediates RSV cell entry,we clarified that atg8-deficiency decreased the abundance of V gR localizing on the cytomem-brane and disturbed the attachment of RSV in the germarium zones.Collectively,these results revealed an autophagy-independent function of L.striatellus atg8 that enhances RSV initial infection by increasing virus attachment on the infection sites.

关键词： atg8 insect autophagy Laodelphax striatellus receptor trafficking Rice stripe virus viral initial infection

The autophagy gene atg8 affects morphogenesis and oxidative stress tolerance in Sporisorium scitamineum

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Journal of Integrative Agriculture 2019年第5期18卷 1024-1034页

作者： ZHANG Bin CUI Guo-bing CHANG Chang-qing WANG Yi-xu ZHANG Hao-yang CHEN Bao-shan DENG Yi-zhen JIANG Zi-de Department of Plant Pathology/State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-Bioresources South China Agricultural University Integrative Microbiology Research Centre/Guangdong Province Key Laboratory of Microbial Signals and Disease Control South China Agricultural University College of Life Science and Technology/State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-Bioresources Guangxi University

The basidiomycetous fungus Sporisorium scitamineum causes sugarcane smut that leads to severe economic losses in the major sugarcane growing areas in China,India and Brazil,etc.Autophagy is a conserved pathway in eukaryotes for bulk degradation and cellular recycling,and was shown to be important for fungal cell growth,development,and pathogenicity.However,physiological function of autophagy has not been studied in S.scitamineum.In this study,we identified a conserved atg8 protein,named as Ssatg8 and characterized its function.Our results showed that autophagy was blocked in the ssatg8Δ mutant,in nitrogen starvation.The ssatg8Δ mutant formed pseudohypha frequently and was hypersensitive to oxidative stress.However,mating or filamenation was unaffected in the ssatg8Δ mutant in vitro.Overall we demonstrate that autophagy is dispensable for S.scitamineum mating/filamentation,while critical for oxidative stress tolerance and proper morphology in sporidial stage.

关键词： atg8 autophagy fungus Sporisorium scitamineum morphogenesis oxidative stress tolerance

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酿酒酵母自噬体形成过程中atg18的功能机制研究

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酿酒酵母自噬体形成过程中Atg18的功能机制研究

作者：程琦琪华中科技大学

学位级别：硕士

自噬是真核细胞中一种基础的细胞行为,在细胞受外界环境胁迫下的生存和自身稳态的维持过程中都发挥着十分重要的功能。在自噬过程中,细胞质中的蛋白质、细胞器等物质由双层膜包被形成自噬体(autophagosome),随后与溶酶体或液泡融合,内... 详细信息

自噬是真核细胞中一种基础的细胞行为,在细胞受外界环境胁迫下的生存和自身稳态的维持过程中都发挥着十分重要的功能。在自噬过程中,细胞质中的蛋白质、细胞器等物质由双层膜包被形成自噬体(autophagosome),随后与溶酶体或液泡融合,内容物被进一步降解。在自噬体形成的过程中,多个自噬相关基因(autophagy-related gene,atg)表达的蛋白直接参与其中。其中atg18可以作为磷脂酰肌醇-3-磷酸(phosphatidylinositol 3-phosphate,PI3P)的效应蛋白定位于自噬体膜上,并通过与atg2形成复合物介导atg9囊泡的循环以及磷脂组分的转移,调控自噬体膜的延伸过程。此外,在自噬过程中类泛素(Ubiquitin-like,UBL)蛋白atg8在自噬早期发挥重要作用,它通过与磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine,PE)共价连接形成atg8-PE并定位于自噬体膜上。atg8-PE的合成是自噬体形成过程中的关键步骤,并受到atg12-atg5-atg16复合物的调控。atg18、atg8和atg16同处于PI3P分子的下游,atg18是否与其他两个蛋白存在联系并且调控atg8-PE的合成仍待进一步探究。本文在体外和体内综合运用分子生物学、生物物理学、细胞生物学等多种研究手段,发现了(1)atg18能够通过其atg8相互作用基序(atg8 interacting motif,AIM)与atg8相互作用,破坏二者的相互作用会影响自噬体的形成;(2)atg18能够通过与atg8相互作用促进atg4对atg8的羧基末端的切割活性;(3)atg18还能够通过其AIM基序与atg16相互作用,这种相互作用能够影响atg16在自噬体膜上的定位。综上,本文重点探究了自噬体形成过程中atg18的功能机制,发现了atg18可以通过与atg8以及atg16直接相互作用来发挥功能,为进一步阐明酿酒酵母自噬的调控机制打下了基础。

关键词：酿酒酵母自噬 atg18 atg8 atg4切割 atg16

Fgatg8在禾谷镰孢菌有性生殖过程中的功能研究

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FgATG8在禾谷镰孢菌有性生殖过程中的功能研究

作者：孙忠娟西北农林科技大学

学位级别：硕士

由禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)侵染引起的小麦赤霉病(Fusarium Head Blight,FHB)是小麦生产上最具破坏性的真菌病害之一。禾谷镰孢菌有性生殖产生的子囊孢子是小麦赤霉病的主要初侵染源,对于该病害的发生与流行具有至关重要的作... 详细信息

由禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)侵染引起的小麦赤霉病(Fusarium Head Blight,FHB)是小麦生产上最具破坏性的真菌病害之一。禾谷镰孢菌有性生殖产生的子囊孢子是小麦赤霉病的主要初侵染源,对于该病害的发生与流行具有至关重要的作用。控制小麦赤霉病初侵染源的关键在于阻断禾谷镰孢菌的有性生殖过程,因而揭示禾谷镰孢菌有性生殖的分子调控机制对于小麦赤霉病的防控具有重要的理论意义。细胞自噬(autophagy)是真核细胞内一类高度保守的亚细胞降解途径,对于维持胞内稳态从而帮助细胞度过逆境具有重要作用。在植物病原真菌中,细胞自噬的研究主要聚焦于其在病原菌营养生长、无性产孢以及植物侵染等方面的功能,而细胞自噬在真菌有性生殖方面尚缺乏深入系统的研究。课题组前期对禾谷镰孢菌中24个自噬基因进行了系统的敲除,并对这些突变体的菌落生长、分生孢子形成和致病力等表型进行了的鉴定。在此基础上,本研究对这24个细胞自噬基因缺失突变体在有性发育各时期的表型进行了系统的观察,包括子囊壳的形成、子囊孢子的发育与喷发等;随后,我们通过荧光显微镜和扫描电镜技术明确了Fgatg8突变体在有性发育过程中的具体停滞时期,并通过Fgatg8与PH-1或Fgmat1-1-1的杂交试验推测Fgatg8在有性生殖中的功能;通过Western blot检测了禾谷镰孢菌在有性发育不同阶段的细胞自噬水平,同时利用荧光显微镜观察了GFP-Fgatg8在子囊壁、侧丝、子囊以及子囊孢子中的表达情况;利用最后我们通过串联重复诱导的基因有性阶段特异沉默技术检测了Fgatg8在禾谷镰孢菌有性生殖后期的功能。本文的主要结果如下:1、通过有性生殖表型鉴定发现在禾谷镰孢菌的24个自噬相关基因缺失突变体中,有12个突变体有性发育存在严重缺陷,且这12个基因均是自噬通路中的关键基因;这12个有性缺陷严重的突变体菌丝融合的频率显著低于野生型菌株;2、WGA488染色实验显示,Fgatg8突变体无法形成球状的子囊壳前体;扫描电镜检测显示,Fgatg8突变体有性发育停滞在有性初始阶段;有性杂交实验表明Fgatg8父本可育,但作为母本时无论与野生型PH-1还是Fgmat1-1-1杂交,均可以产生大量很小的空子囊壳;核心自噬基因缺失突变体作为母本与Fgmat1-1-1杂交会产生少量小子囊壳,且在麦秸秆上也可形成极小的子囊壳;3、Western blot实验结果显示禾谷镰孢菌的气生菌丝以及有性诱导4天、6天和8天的样品中的GFP-Fgatg8均完全降解;荧光显微镜观察发现,GFPFgatg8在子囊壳及子囊孢子中表达水平较高,但在幼嫩子囊和侧丝中不表达;4、在有性发育过程中,Fgatg8的特异沉默可能不会影响禾谷镰孢菌子囊和子囊孢子的发育过程,也不会影响子囊孢子中糖原和脂滴的积累。

关键词：禾谷镰孢菌细胞自噬有性生殖 atg8

组蛋白转录因子Spt21的表达调控机制研究

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组蛋白转录因子Spt21的表达调控机制研究

作者：徐晨湖北大学

学位级别：硕士

在真核生物中,染色体是由一连串的核小体压缩组装形成。核小体是由147 bp的DNA缠绕组蛋白八聚体形成。核心组蛋白可以分为四种,包括组蛋白H3、H4、H2A和H2B。核心组蛋白的表达严格地受细胞周期调控。细胞周期包括G1、S、G2和M四个不同... 详细信息

在真核生物中,染色体是由一连串的核小体压缩组装形成。核小体是由147 bp的DNA缠绕组蛋白八聚体形成。核心组蛋白可以分为四种,包括组蛋白H3、H4、H2A和H2B。核心组蛋白的表达严格地受细胞周期调控。细胞周期包括G1、S、G2和M四个不同的时期。在细胞周期的S期,组蛋白基因大量表达;在细胞周期的S期之外,组蛋白的表达被抑制。严格调控组蛋白的表达水平对细胞有重要意义。组蛋白表达水平不足会造成细胞周期停滞,导致细胞去分化、细胞衰老和细胞癌变。组蛋白的过多积累会对细胞产生毒性。组蛋白的表达受到很多因子的调控,分为抑制因子和激活因子。Spt21是调控组蛋白基因转录的激活因子。Spt21通过Spt10结合到组蛋白基因的启动子区域,进而招募组蛋白乙酰转移酶使启动子区域的组蛋白发生乙酰化,最终激活组蛋白基因的转录。Spt21的表达同样受细胞周期的调控。在细胞周期的S期,Spt21蛋白大量积累去激活组蛋白基因的转录。在细胞周期的S期之外,Spt21蛋白被降解。Spt21蛋白与核心组蛋白在细胞周期调控的模式上是一致的。因此,Spt21在维持组蛋白水平方面发挥着关键作用。研究在细胞周期中Spt21表达调控机制显得尤为重要。细胞内蛋白质的降解途径主要分为泛素-蛋白酶体系统和自噬途径。在泛素-蛋白酶体降解系统里,泛素分子通过三步级联酶反应被共价连接到蛋白质底物上,含有多个泛素分子的底物迅速被招募到蛋白酶体中进行降解。自噬途径是将受损细胞器和错误蛋白运输到溶酶体或液泡中进行降解的过程。当细胞处于G1期时,APC/C复合物能够识别Spt21的KEN区域,促进Spt21被泛素-蛋白酶体途径所降解。然而,在细胞周期其它时期Spt21的表达调控机制尚未报道。本文主要研究在细胞周期中Spt21表达调控机制。研究结果如下:1.在细胞中Spt21的蛋白含量处于较低水平。当缺失SPT21基因时,细胞生长几乎不受影响。我们构建过表达SPT21基因的菌株,通过细胞生长实验和梯度稀释实验发现Spt21蛋白的积累过多会导致细胞生长明显减慢,细胞抗DNA损伤的能力明显减弱。说明维持正常低水平的Spt21对细胞有重要作用。2.通过细胞周期实验发现Spt21在m RNA和蛋白水平上都受细胞周期的严格调控。SPT21的转录水平在细胞周期的G1晚期达到峰值,在其它时期较低。Spt21的蛋白水平在细胞周期的S期达到峰值,在其它时期较低。3.Spt21可以被自噬途径降解。通过敲除参与蛋白酶体途径或自噬途径的基因,发现Spt21蛋白在细胞周期的S/G2期被自噬途径降解。通过雷帕霉素和氮饥饿诱导自噬进一步验证了Spt21蛋白可以被自噬途径降解。4.为了寻找自噬途径中参与调控Spt21降解的蛋白,我们通过蛋白质免疫印迹筛选了自噬相关蛋白。结果发现敲除atg7和atg8基因可以抑制Spt21被自噬降解的过程。在雷帕霉素和氮饥饿诱导自噬的情况下,敲除atg7和atg8基因也能抑制Spt21被自噬降解的过程。5.Spt21可以与自噬蛋白直接相互作用。免疫共沉淀实验显示Spt21和自噬蛋白(atg7、atg8)存在相互作用,说明atg7和atg8蛋白通过与Spt21蛋白相互作用调控Spt21被自噬降解的过程。本研究发现了一种新的调控Spt21表达的方式,揭示了细胞周期通过调控Spt21的水平来调控组蛋白基因表达的机制。在细胞周期的G1期,Spt21蛋白通过泛素-蛋白酶体途径被降解;在S期Spt21蛋白积累来激活组蛋白基因的表达;在G2期Spt21蛋白通过自噬途径被降解。这为后续进一步研究Spt21被自噬降解的具体机制提供了理论基础。本研究发现在酿酒酵母细胞中Spt21蛋白积累过多会对细胞产生毒性。正确调控Spt21的水平对细胞进行正常生命活动具有重要意义。

关键词： Spt21 atg7 atg8 细胞周期蛋白酶体自噬

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atg8家族蛋白的研究进展

生物技术 2023年第4期33卷 516-521页

作者：韩明姝王诗博黄小龙湖北工业大学生物工程与食品学院湖北武汉430068

自噬是细胞或者有机体在营养缺乏等环境应激条件下,通过在细胞里产生双层膜自噬体,包裹细胞质或受损伤的细胞器等,将它们运送到溶酶体或液泡中进行降解,维持细胞稳态平衡的重要生物学过程。atg8是自噬过程中的一个关键蛋白,然而atg8和... 详细信息

自噬是细胞或者有机体在营养缺乏等环境应激条件下,通过在细胞里产生双层膜自噬体,包裹细胞质或受损伤的细胞器等,将它们运送到溶酶体或液泡中进行降解,维持细胞稳态平衡的重要生物学过程。atg8是自噬过程中的一个关键蛋白,然而atg8和自噬、自噬和癌症之间的联系仍不清楚。该文总结了atg8在自噬的激活、自噬小体成熟以及自噬体与溶酶体融合等自噬过程中的作用,并讨论atg8蛋白在癌症过程中的促肿瘤和抗肿瘤作用以及在其他疾病中的最新研究进展,为未来开发针对癌症自噬过程的新的抗癌疗法提供参考。

关键词：自噬 atg8 GABARAP 肿瘤

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病毒介导的GFP-atg8在小麦上的表达和在自噬活性监测上的应用

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作物学报 2021年第12期47卷 2371-2378页

作者：胡蕊洁杨向芸贾磊李玉如项月岳洁瑜王华忠天津师范大学生命科学学院/天津市动植物抗性重点实验室天津300387

自噬相关因子atg8定位于自噬结构的膜上,荧光蛋白标记的atg8在过表达细胞内所呈现的点状荧光常用于表征自噬结构和监测自噬活性。病毒介导的过表达(virus-mediated over-expression,VOX)是一种简便、快速制备目的基因过表达植株的技术... 详细信息

自噬相关因子atg8定位于自噬结构的膜上,荧光蛋白标记的atg8在过表达细胞内所呈现的点状荧光常用于表征自噬结构和监测自噬活性。病毒介导的过表达(virus-mediated over-expression,VOX)是一种简便、快速制备目的基因过表达植株的技术。采用基于狗尾草花叶病毒FoMV的VOX技术(FoMV-VOX)在小麦植株中表达GFP标记的小麦atg8家族成员Taatg8a,建立小麦活体植株的自噬活性监测技术平台。构建了融合基因GFP-Taatg8a的FoMV-VOX载体,采用Agroinfiltration方法在本氏烟草叶片中表达携带GFP-Taatg8a的FoMV基因组RNA和组装病毒粒子,将烟草汁液中的病毒粒子摩擦接种于小麦幼苗植株叶片,对接种植株叶片和根组织中的荧光信号进行观察和特征鉴定。结果表明,采用FoMV-VOX技术在小麦植株上不仅可以实现GFP-Taatg8a在接种叶片中的高效表达,还可以借助病毒的系统侵染实现该融合基因在未接种叶片和根组织中的高效表达。经饥饿处理激活自噬,融合蛋白GFP-Taatg8a在植株叶表皮、叶肉以及根细胞中呈现表征自噬结构的点状荧光。采用FoMV-VOX技术获得的GFP-Taatg8a过表达植株可以应用于小麦多种组织类型中的自噬活性调节机制和生理功能研究。

关键词：小麦病毒介导的过表达 atg8 细胞自噬

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