aBIOTECH | 浙江大学揭示植物过氧化物酶体膜蛋白PEX11家族的生理功能

过氧化物酶体（Peroxisome）是真核生物中一类重要的代谢细胞器，承担脂肪酸β-氧化、光呼吸及植物激素生物合成等关键生理功能。该细胞器因内源代谢物丰富、膜通透性适宜、细胞器间互作频繁、蛋白靶向信号高效，且拥有明确的增殖调控因子，已成为代谢工程改造的理想平台。通过调控过氧化物酶体数量等策略，可显著提升高价值生物产品的合成效率。PEROXIN11（PEX11）蛋白家族作为真核生物中调控过氧化物酶体膜延伸与分裂的核心因子，在植物中的成员数量远多于动物和酵母，但其成员间是否存在功能分化与功能冗余，迄今仍缺乏系统的研究。

近日，浙江大学在aBIOTECH 发表了题为“Functional dissection of the PEROXIN11 gene family in Arabidopsis”的研究论文。该研究通过对拟南芥PEX11家族多个高阶突变体的分析发现，PEX11家族成员在系统发育关系和表达模式上存在明显差异，但其功能高度冗余，只有同时缺失至少四个PEX11基因时，植物才出现明显的过氧化物酶体功能缺陷；而五个PEX11基因的缺失则会带来严重的萌发缺陷以及生长缺陷，这证明了PEX11家族在维持植物正常生长的重要功能。

为了系统评估PEX11家族成员之间的功能关系，研究团队根据系统发育和表达模式分析结果，利用CRISPR/Cas9技术和遗传杂交构建了一系列PEX11高阶突变体，包括pex11ab、pex11cde、pex11ae和pex11bcd等组合突变体。通过蔗糖依赖生长实验以及IBA、2,4-DB敏感性分析发现，这些突变体均与野生型表现一致，未出现明显的脂肪酸β-氧化缺陷（图1）。这一结果表明，不同进化分支或不同组织表达模式的PEX11成员之间存在功能冗余，能够相互补偿维持过氧化物酶体正常功能。

图1. PEX11家族对维持过氧化物酶体功能以及幼苗生长具有重要作用

为了进一步探究PEX11家族的整体功能，研究团队构建了五重突变体pex11abcde。结果发现，该突变体种子完全无法正常萌发；通过人工去除种皮并提高培养基蔗糖浓度后，虽然部分幼苗能够萌发，但随后表现出严重矮化、生长停滞和无法抽薹等发育缺陷（图1）。这些结果表明，PEX11家族整体功能对于植物从种子萌发到营养生长乃至生殖发育全过程均至关重要。

作者进一步分析了四重突变体pex11abcd的表型。结果显示，该突变体表现出明显的脂肪酸β-氧化缺陷（图2）。进一步研究发现，pex11abcd突变体还表现出明显的光呼吸缺陷。在限制气体交换条件下，该突变体生长明显受抑制，同时光呼吸关键代谢物甘氨酸和丝氨酸大量积累，表明光呼吸过程受阻（图2）。

图2. pex11abcd四重突变体同时存在脂肪酸β-氧化和光呼吸缺陷

鉴于PEX11蛋白是过氧化物酶体增殖的重要调控因子，研究人员进一步利用过氧化物酶体荧光标记系统对细胞内过氧化物酶体数量进行定量分析。结果发现，与野生型相比，pex11abcd突变体中过氧化物酶体数量显著下降（图2）。这一结果表明，PEX11家族维持过氧化物酶体正常数量是保证脂肪酸β-氧化和光呼吸等代谢过程正常运行的基础，而四重突变体中观察到的代谢缺陷很可能来源于过氧化物酶体数量不足。

该研究通过系统遗传学策略探究了拟南芥PEX11基因家族的功能关系，建立了PEX11基因剂量依赖维持过氧化物酶体功能的新模型，为理解植物细胞器动态调控及其代谢稳态维持机制提供了重要理论依据。同时，该研究也为进一步解析过氧化物酶体增殖调控网络及其在作物生长发育中的作用奠定了基础。

浙江大学农业与生物技术学院博士生朱万欣和Mahmudul Hasan Rifat为论文共同第一作者，浙江大学杭州国际科创中心冯彦磊研究员为通讯作者，博士生王晓雯、本科生付亦弘、博士后朱仪方、王玉康、台莉、以及宋书言研究员也参与了这项工作。浙江大学潘荣辉教授对本工作进行了重要指导。该研究得到了国家自然科学基金的资助。

引用本文：

Zhu W, Rifat MH, Wang X, Fu Y, Zhu Y, Wang Y, et al. Functional dissection of the PEROXIN11 gene family in Arabidopsis. aBIOTECH 2026:100062. 

https://doi.org/10.1016/j.abiote.2026.100062

aBIOTECH已于2026年1月正式转至Elsevier以金色OA模式出版，最新投稿地址：

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