随着全球气候变暖加剧，局部极端高温频繁发生。作为固着生物，大多数植物都面临着高温胁迫的严峻挑战。高温胁迫极大影响植物的生长发育、产量及品质，严重时甚至导致植物死亡。为应对高温引起的伤害，植物在长期的进化过程中形成了复杂的生理生化适应机制来清除或修复受损的蛋白以维持细胞稳态。目前，在基因转录层面，人们已经能够对植物响应高温胁迫有相对比较清晰的认识，如包括热激反应因子（HSFs）和热休克蛋白（HSP）在内的许多高温胁迫下的基因功能和通路被逐渐揭示。然而，在细胞器水平，植物如何应对高温胁迫，来动态清除或修复受损的细胞器还缺乏深入的认识。

自噬是对细胞内功能异常的蛋白质或细胞器进行识别并转运至液泡或溶酶体降解的物质代谢周转途径。作为一种重要的细胞保护机制，自噬过程直接参与了植物的高温胁迫响应。在本研究中，作者发现自噬经典标记蛋白ATG8在短暂极端高温（42~45 ℃，5-20 mins）环境下形成大量的点状结构。通过大量的遗传材料分析，明确了ATG8的点状结构的形成不依赖于自噬上游调节因子如ATG1、ATG11、ATG9及PI3K，但却依赖于ATG4、ATG5、ATG7、ATG16等脂化修饰系统 （Fig. 1）。这些特征与最近在动物领域报道的非经典自噬过程一致，预示着作者首次在植物领域发现一条非经典自噬诱导途径。

Fig. 1 短暂热应激导致GFP-ATG8a形成大量点状结构。GFP-ATG8a点状结构的形成并不依赖于自噬上游调节因子如ATG1、ATG11、ATG9及PI3K

Fig. 2热应激诱导的ATG8点状结构与高尔基体标记蛋白SYP32等共定位

为了探究ATG8点状结构的亚细胞定位，作者构建了大量ATG8与内膜系统的双杂交转基因植物。激光共聚焦成像显示ATG8与高尔基体，尤其是cis-Golgi存在很好的共定位 （Fig. 2）。有意思的是，在热应激状态下，作者发现高尔基体垛叠结构消失，细胞中呈现大量的成簇状泡状结构。通过免疫电镜技术，作者明确了这些泡状簇状结构为膨大的高尔基体，并且确认了ATG8被招募到这些单膜的高尔基体囊泡上。为进一步探究ATG8转位到膨大高尔基体上所行使的功能，作者随后通过3D电镜重构技术，对比分析了野生型Col-0及atg5-1突变体在热应激恢复过程中的高尔基体形态变化。结果显示，突变ATG5明显抑制热激恢复过程中高尔基体垛叠结构的重新组装。

Fig. 3 3D电镜重构结果揭示突变ATG5明显抑制高尔基体垛叠结构的重新组装

ATG8是怎么帮助肿大的高尔基体恢复的？围绕这一问题，作者随后构建了TurboID临近标记体系探究ATG8潜在互作蛋白。通过质谱分析发现，在ATG8a的临近标记蛋白网络里，网格蛋白组分被高效富集。酵母双杂交筛选，并经Co-IP、BIFC及in vivo Pull-down等手段确认了ATG8a与Clathrin Light Chain 2 (CLC2)直接互作。通过免疫电镜进一步分析发现，CLC2可被招募到膨大的高尔基体囊泡膜上，偶尔能看到标记到凸起或芽管上。作者进一步通过3D电镜重构技术发现在热激恢复过程中，高尔基体囊泡凸起现象是比较普遍的现象。基于此，作者推测ATG8可能通过招募CLC2等网格蛋白组分，介导ATG8阳性小泡的形成，从而帮助肿胀的高尔基体内腔渗透压的恢复及随后垛叠结构的重新形成。

华南师范大学生物光子学研究院周俊博士、香港中文大学马俊才博士和华南植物园杨超博士为论文并列第一作者，高彩吉教授、Byung-Ho Kang教授和周俊博士为论文的共同通讯作者。香港中文大学姜里文教授、庄小红教授，华南农业大学李发强教授及绍兴文理学院王超教授参与了该项工作。

该研究得到国家自然科学基金国际合作项目、霍英东教育基金会、广东省自然科学基金、广州市科技计划项目以及2022年华南师范大学粤港澳大湾区交流项目等支持。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41477-023-01398-w