本篇文档《Autophagy: the master of bulk and selective recycling》发表在《Annual Review of Plant Biology》期刊上，于2018年3月14日作为综述文章首次在线发表。其主要作者是Richard S. Marshall和Richard D. Vierstra，他们都来自美国密苏里州圣路易斯华盛顿大学生物学系。
这篇文章是一篇关于植物自噬（Autophagy）领域的系统性综述，旨在全面总结截至2018年该领域的研究进展，特别是侧重于选择性自噬（selective autophagy）的机制及其在植物代谢、发育和环境适应中的核心作用。文章强调，自噬作为一种重要的细胞内回收系统，不仅参与大体积物质的非特异性降解，更通过专门的受体介导，对特定的蛋白质复合体、细胞器甚至病原体进行精确清除，这对植物的生存、尤其是作物在非理想条件下的表现至关重要。
文章的主要观点围绕以下几个方面展开，并提供了详尽的证据和理论支持：
第一，植物自噬是一个多层次、多类型的精密降解系统。 文章开篇即指出，细胞内循环对细胞稳态至关重要。除了泛素-蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system, UPS）负责单个蛋白质的降解外，自噬则能处理更大体积的物质。综述详细描述了三种主要的植物自噬类型：微自噬（microautophagy）、巨自噬（macroautophagy）和巨量自噬（mega-autophagy）。巨自噬是研究最深入的通路，其过程包括：感应营养/发育信号（通过TOR激酶等）、诱导自噬启动、形成吞噬泡（phagophore）、吞噬泡扩展与闭合形成自噬体（autophagosome）、自噬体与液泡膜融合释放自噬体（autophagic body）、以及内容物在液泡中被水解酶降解。文章通过引用大量早期在酵母和植物中的遗传筛选研究，证实了自噬相关（ATG）蛋白在其中的核心作用，并指出大多数酵母ATG蛋白在植物中存在直系同源物，这为理解植物自噬机制提供了关键范式。
第二，自噬的选择性由专门的受体蛋白通过ATG8相互作用基序（AIM）介导，并与泛素化信号紧密偶联。 这是本文的核心观点之一。文章指出，自噬并非以前认为的“非选择性”批量降解过程，而是具有高度的特异性。这种选择性主要通过脂化的ATG8蛋白实现。ATG8是一种泛素折叠蛋白，通过类似于泛素化的级联反应被共价连接到磷脂酰乙醇胺（PE）上，从而锚定在吞噬泡膜上。自噬受体或适配器蛋白通过其C端的一个短肽序列——ATG8相互作用基序（AIM，也称为LIR）与ATG8结合。通过解析马铃薯ATG8与病原体效应蛋白PexRD54的AIM复合物的晶体结构，文章揭示了AIM序列（核心为W/F/Y-X-X-V/I/L）如何嵌入ATG8表面的疏水口袋。同时，许多自噬受体（如NBR1、RPN10、DSK2）还具有泛素结合结构域，这使得它们能够同时识别被泛素标记的货物和吞噬泡膜上的ATG8-PE，从而将特定的货物招募至自噬通路进行降解。这种机制将泛素化（通常与蛋白酶体降解相关）与自噬途径紧密联系起来，形成了一个协同的蛋白质质量控制网络。
第三，植物中存在多种高度特异的选择性自噬途径，以应对不同的生理和胁迫需求。 文章花费大量篇幅详细阐述了目前已知的多种植物选择性自噬类型，每种都针对特定的细胞组分： 1. 聚集体自噬（Aggrephagy）：降解错误折叠或聚集的蛋白质。植物中NBR1蛋白（功能类似于动物的p62/SQSTM1）是关键受体，它通过PB1结构域寡聚化，结合泛素化修饰的蛋白聚集体，并通过AIM与ATG8互作，引导聚集体被自噬清除。在自噬缺陷突变体中，可观察到泛素化蛋白聚集体的积累。 2. 叶绿体自噬（Chlorophagy）：降解叶绿体，在衰老、营养胁迫或光氧化损伤时发生。存在多种形式：整个受损叶绿体的包裹；通过形成仅含基质蛋白（如Rubisco）的Rubisco小体（RCBs）进行片段化降解，该过程可能涉及ESCRT组分；以及通过ATG8互作蛋白ATI1/2介导的含有类囊体或外膜蛋白的囊泡降解。PUB4泛素连接酶对叶绿体表面的泛素化可能触发其中某些途径。 3. 线粒体自噬（Mitophagy）：降解功能失调的线粒体。尽管植物中尚未发现类似动物PINK1/Parkin或酵母Atg32的明确机制，但实验证据表明在碳饥饿或衰老时线粒体数量减少，且线粒体蛋白的降解依赖于自噬。拟南芥ATG11的缺失会减弱线粒体自噬，暗示ATG1激酶复合物可能参与。 4. 过氧化物酶体自噬（Pexophagy）：降解过氧化物酶体，参与发育过程中的代谢重塑（如从乙醛酸循环转向光呼吸）和质量控制。自噬缺陷突变体中过氧化物酶体数量增加。LON2蛋白酶可能参与感知过氧化物酶体基质压力。植物PEX6和PEX10蛋白能与ATG8互作，可能作为潜在的过氧化物酶体自噬受体。 5. 内质网自噬（Reticulophagy）：降解内质网片段，以应对内质网应激（ER stress）。在植物中，这一过程依赖于内质网应激感应器IRE1b，但不依赖于其下游的典型未折叠蛋白反应（UPR）通路bZIP60。植物中可能存在网状蛋白（Reticulon）同源结构域家族成员作为受体，类似于酵母和哺乳动物。 6. 核糖体自噬（Ribophagy）：降解核糖体以回收氨基酸。植物中，液泡T2核糖核酸酶RNS2的缺失导致核糖体RNA在液泡中积累，且此过程依赖于ATG5，表明存在一种独特的自噬途径选择性降解rRNA。 7. 蛋白酶体自噬（Proteaphagy）：降解失活或过剩的26S蛋白酶体。这是植物中选择性自噬机制研究的一个典范。文章详细描述了两种诱导途径：氮饥饿诱导（依赖于ATG1）和蛋白酶体抑制剂（如MG132）诱导（不依赖于ATG1）。在抑制剂诱导途径中，失活的蛋白酶体被泛素化修饰，随后被游离的蛋白酶体亚基RPN10识别。RPN10通过其泛素相互作用基序（UIM）结合泛素化的蛋白酶体，同时通过一个与AIM类似的UIM相关序列结合ATG8，从而将货物递送至自噬通路。这展示了植物利用一个核心蛋白酶体组分本身作为自噬受体的独特机制，与酵母（使用Cue5受体）和哺乳动物（使用Tollip受体）形成有趣的趋同进化案例。 8. 异源自噬（Xenophagy）：参与病原体防御。自噬在植物免疫中扮演双重角色：一方面可以限制由效应子触发的免疫（ETI）引起的程序性细胞死亡（PCD）扩散，起促生存作用；另一方面，在某些情况下又是ETI引发PCD所必需的，起促死亡作用。此外，自噬还能直接降解病原体组分，例如NBR1介导的花椰菜花叶病毒P4蛋白的清除。反过来，病原体也会分泌效应蛋白（如P. infestans的PexRD54）干扰宿主自噬。
第四，研究自噬的强大工具体系已经建立，为深入探索提供了支撑。 文章系统总结了监控植物自噬的主要方法：1）生化检测：利用免疫印迹检测ATG12-ATG5结合物和ATG8-PE脂化物的电泳迁移率变化；利用GFP等荧光蛋白在液泡中相对稳定的特性，通过检测从融合蛋白（如GFP-ATG8）上释放的游离GFP来量化自噬通量。2）化学工具：列出了多种抑制剂和激活剂及其作用机制，如TOR抑制剂（AZD8055, Rapamycin）、PI3K抑制剂（Wortmannin, 3-Methyladenine）、液泡H+-ATPase抑制剂（Concanamycin A, 可稳定自噬体便于观察）等。3）细胞生物学方法：使用GFP-ATG8等荧光标记蛋白通过共聚焦显微镜直接观察自噬体和自噬体；双分子荧光互补（BiFC）、酵母双杂交和共免疫沉淀用于验证蛋白相互作用；电子显微镜提供最直接的形态学证据。4）遗传学工具：一系列拟南芥、玉米等植物的ATG基因突变体，它们表现出明显的自噬缺陷表型，如对营养胁迫敏感、加速衰老、细胞质聚集体积累等，是研究自噬功能的金标准。
第五，自噬是植物代谢和能量平衡的核心节点，对作物农艺性状具有重要影响。 文章的结论部分强调，自噬虽然在所有植物细胞中基础性存在，但在衰老和各种环境胁迫（如营养缺乏）下被强烈上调。它通过回收氨基酸、糖类、脂质和核酸，在营养重分配中扮演关键角色。自噬的精确调控对于植物的发育转变、代谢适应和应对非生物/生物胁迫至关重要。其重要性尤其体现在植物代谢和能量平衡方面，这使其成为决定作物性能（尤其是在次优生长条件下）的核心因素。理解并最终操纵自噬通路，有望为提高作物抗逆性和养分利用效率提供新的策略。
综述的价值与意义： 这篇综述在植物自噬研究领域具有里程碑式的意义。它不仅系统性地整合了过去十年间关于自噬核心机制（尤其是选择性自噬）的爆炸性知识，而且清晰勾勒出泛素化信号与自噬通路之间的深刻联系。文章以详实的证据和清晰的逻辑，将自噬从一个“细胞清理工”提升为调控植物生命活动的“精密回收大师”。通过总结多种特异性自噬途径及其在应对不同生理和胁迫场景中的作用，该综述为未来研究指明了方向，例如鉴定更多未知的自噬受体、阐明货物识别与标记的分子细节、以及探索如何通过工程化自噬来改善作物性状。因此，本文不仅是植物生物学研究者的重要参考，也对从事细胞生物学、作物科学和植物抗逆研究的学者具有极高的参考价值。