近日，华南农业大学生命科学学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室和岭南现代农业科学与技术广东省实验室黄巍教授团队在Journal of Integrative Plant Biology（影响因子9.1，生物1区）发表了题为 “The plant circadian clock regulates autophagy rhythm through LUX ARRHYTHMO”的研究论文。

细胞自噬是真核生物中高度保守的物质稳态机制，通过降解错误折叠的蛋白质和受损的细胞器，实现对营养物质的循环再利用。近年来，越来越多研究表明在动物中自噬途径与生物钟存在着紧密的相互调节的关系。多个生物钟转录因子能够直接调控动物自噬基因的昼夜表达水平，而动物中自噬途径也能够降解生物钟的核心组分从而反馈影响近日节律及其输出途径。然而植物自噬节律与生物钟的调控关系和分子机制仍然不明确。

该研究发现拟南芥细胞自噬在12 h光照/12 h黑暗（LD）条件下和持续光照（LL）条件下都呈现明显的近日节律变化，说明植物自噬过程受生物钟调控。有意思的是，LL条件和LD条件下相比，自噬节律的表达相位大幅提前，但振幅明显降低。进一步研究发现，植物生物钟关键组分LUX基因的突变导致自噬在LL条件下的节律消失，在LD条件下的昼夜振幅显著增强。并且LUX能够直接结合自噬基因ATG2、ATG8a、和ATG11的启动子，并抑制其转录活性。表型分析发现LUX通过维持适度的自噬活性提高了植物对碳饥饿的耐受性。转录组分析发现自噬节律性在不同植物中都广泛存在，说明生物钟调控自噬节律在植物中是一种保守的机制。最近湖南大学于峰课题组发现生物钟基因TOC1在调控植物自噬节律同意发挥着重要作用(Chen et al., 2022)，说明生物钟通过多条途径调控植物自噬节律。

LUX通过直接抑制自噬基因的表达从而调控自噬节律

华南农业大学博士生杨明康为本文的第一作者，黄巍教授和陈亮副教授为共同通讯作者。中山大学肖仕教授和德国马普学会分子植物生理研究所Bernd Mueller-Roeber教授参与了本研究工作。中科院植物所王雷研究员为本研究提供了实验材料。本研究取得了岭南现代农业实验室项目、广东省重点领域研发计划项目、广东省自然科学基金、广州市科技项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1111/jipb.13343

稿件来源：黄巍教授团队发现生物钟调控植物细胞自噬节律的新机制 (scau.edu.cn)；https://www.scau.edu.cn/2022/0818/c11310a321915/page.htm | 华南农业大学官网

【课外小知识——生物钟和细胞自噬】

昼夜节律是指生物体的行为、生理和生化反应呈现出近24 h的节律活动，这些节律受生物钟系统控制调节。流行病学调查表明，长时间的光照或轮班工作扰乱了生物钟系统，导致生物钟基因节律性表达出现紊乱，不仅增加了罹患肿瘤、心血管疾病、糖尿病及肥胖等代谢系统疾病的风险，也可能造成骨骼肌质量及运动能力下降。

骨骼肌作为人体最大的运动器官，其线粒体稳态对机体的运动能力具有重要的影响，而线粒体质量控制是维持线粒体稳态的有效手段。因此，确定骨骼肌中与线粒体质量控制相关的潜在生物钟基因可以作为改善骨骼肌线粒体功能、提高机体昼夜节律健康以及减少/预防疾病发展的靶点。另外，运动作为一种授时因子可以调节骨骼肌生物钟基因的节律性表达，然而运动状态下骨骼肌生物钟与线粒体质量控制之间的关系尚不明确。

自噬是细胞内的降解过程，能够将细胞溶质成分靶向溶酶体进行降解，以维持细胞稳态并为能量产生提供底物。在19世纪70年代最早发现了自噬与生物钟基因之间的调节关系证实了哺乳动物的自噬核心因子具有昼夜节律，且哺乳动物不同组织的自噬水平受多个与自噬相关的生物钟基因Bmal1、Per2和Rev-erbα控制。

例如，小鼠核心生物钟基因Bmal1缺失会导致扩张型心肌病，心肌收缩力下降、钙失调和肌丝紊乱，而且线粒体分裂与自噬过程被抑制，导致线粒体氧化磷酸化的水平显著下降，心肌细胞功能受损。Per2基因过表达导致PI3K-Akt通路下调以及自噬通量的变化。另外，Rev-erbα基因在骨骼肌中高度表达，当骨骼肌缺失Rev-erbα基因后，线粒体含量和氧化功能下降，自噬标志物LC3-I的水平显著增加，伴随着机体清除细胞器的能力增加，运动能力也会随之下降。这些数据均证实线粒体功能障碍和自噬水平受到骨骼肌生物钟基因的调节和控制，重置骨骼肌生物钟可能会改善线粒体的功能，进而提高机体的运动能力。