原生質絲如何控制植物細胞間的物質流動？
原生質絲（plasmodesmata），或稱為胞間連絲，是植物細胞用來彼此連結、互通聲息的小通道。原生質絲是由細胞膜穿過細胞壁形成的構造，直徑大約介於40-50奈米（nm）之間。因為整株植物所有的細胞之間都有原生質絲互相連通，所以我們通常也會把整個植物體稱為「共質體」（symplast）。
如果以原生質絲的孔徑來看，那麼只有0.7-1.0 kDa大小的物質可以通過；但是實際觀察發現，比這個範圍要大得多的物質也照樣可以穿過。這個觀察意味著，一定有個機制可以控制原生質絲的「開」與「關」。
目前的說法認為是木聚醣（Callose）。過去的研究發現，木聚醣在原生質絲的頸部累積，而木聚醣的合成與分解的確會影響原生質絲的通透性。
但是，作為細胞壁成分的一種，木聚醣究竟如何精確調控原生質絲呢？另外原生質絲的開關速度，有時候比木聚醣分解還要快；再者，有些情境下原生質絲通透性改變，但木聚醣的含量並沒有出現顯著變化。所有這些觀察，都暗示著可能還有其他更快速的調控方式。
那麼，還有什麼可能會影響原生質絲的通透性呢？研究團隊想到了MCTP 蛋白們。
近年來在動物領域的研究，關於膜接觸位點在細胞內部的功能有了不少進展。例如
ER-PM 連結蛋白（Extended-Synaptotagmins，E-SYTs）在動物細胞內對於鈣離子傳輸與信號傳遞所扮演的角色，就是很好的例子。而植物中的 MCTP 蛋白與 E-SYTs 具有相似結構，但功能尚不明確。
如果原生質絲內的內質網（ER） 與細胞膜（PM） 之間有膜接觸位點（MCSs），那麼這些 MCSs 可能與原生質絲通透性調控有關！
研究團隊推測：植物的 MCTP 蛋白可能就是膜接觸位點，負責 ER-PM 之間的「錨定」，從而影響原生質絲的結構穩定性。但是， MCTP 是如何附著在 PM 上的？
考慮到動物的 E-SYTs 蛋白是透過 C2 結構域結合 PI4P （phosphatidylinositol-4-phosphate）來附著於 PM，研究團隊推測植物的 MCTP 也可能是透過相似的方式與 PM 互動。如果 PI4P 的確能影響 MCTP 附著在 PM 上的能力，進而影響 ER-PM 連結，那麼 PI4P 可能是一個調控原生質絲通透性的關鍵因子！
於是，他們透過使用 PAO（PI4K 抑制劑）來降低 PI4P 含量，結果發現原生質絲通透性增加。另外，觀察PI4P 磷酸酶 SAC7 突變株（sac7）發現，當 PI4P 含量過高時，原生質絲運輸能力下降，進一步支持 PI4P 對原生質絲透性的影響。
那麼，這是否意味著植物的MCTP 蛋白的確是負責 ER-PM 之間的「錨定」，影響原生質絲的結構穩定性呢？
在阿拉伯芥的基因體中共有16個MCTP基因，不過MCTP3、MCTP4和MCTP6是其中特別重要的幾個。為什麼這麼說呢？因為它們在原生質絲的蛋白質體學分析中被反覆鑑定到；另外是，它們在植物體內廣泛的表現，也說明了它們可能與原生質絲有關。其中，又以MCTP4的表現量最高。
於是研究團隊建構了這三個MCTP的突變株。結果發現，雖然它們的單基因突變株表現出正常的性狀，但是雙突變株，特別是含mctp4的突變的雙突變株，會出現明顯的生長缺陷；而三重突變株在土壤中生長兩週後就死亡了。
研究團隊利用高解析電子斷層掃描技術（Electron tomography）進行觀察。他們發現 mctp3/mctp4/mctp6 三重突變株的原生質絲內 ER-PM 接觸區域大幅減少，顯示 MCTP 的確是原生質絲內的重要膜接觸錨定蛋白。觀察發現，三重突變株的ER 與 PM 之間的距離變大，因此 ER-PM 接觸區域減少，結構變得鬆散。
因此，當他們使用螢光恢復術（FRAP）與 DRONPA-s 標記技術觀察，發現 mctp3/mctp4/mctp6 三重突變株原生質絲的跨細胞運輸能力顯著增加，顯示原生質絲的「閥門」調控失衡，呈現「門戶洞開」的狀態，導致過量的分子擴散。
MCTP 蛋白是如何與PI4P互動的？研究團隊發現，與動物的E-SYTs很像，植物的 MCTP 蛋白以自己的 C2 結構域與 PI4P 進行互動。另外，透過分子模擬，研究團隊發現高 PI4P 會增強 MCTP 與質膜的結合。
所以，MCTP3、MCTP4、MCTP6 在原生質絲內，透過自己的C2 結構域與 PI4P 進行互動，形成 ER-PM「橋樑」，負責維持 ER-PM 的緊密接觸與原生質絲的結構穩定。缺少這些 MCTP 蛋白時，ER-PM 接觸減少，原生質絲內的通道變寬，跨細胞運輸能力增加。
由於PI4P的量可以透過磷酸化與去磷酸化調節，研究團隊發現，當 SAC7 功能喪失時（sac7-1 突變），PI4P 無法有效去磷酸化，因此 PI4P 在原生質絲附近異常累積。
PI4P 濃度升高時，MCTP 蛋白更穩定地附著在 PM 上，使原生質絲內的 ER-PM 接觸區域增多，導致原生質絲變得更「封閉」，跨細胞運輸能力降低。
另外，為了排除木聚醣參與的可能性，研究團隊在 sac7-1 突變株中，使用了Brassinazole（BRZ）來去除木聚醣。結果發現，使用BRZ去除木聚醣之後，原生質絲仍然保持封閉狀態，跨細胞運輸無法恢復。這進一步證明 SAC7 影響原生質絲通透性主要是透過 PI4P，而不是木聚醣。
研究團隊發現，SAC7 在不同細胞類型中表現不同。也就是說，SAC7很可能就是影響 原生質絲通透性的區域特異性調控機制。
所以，植物透過調節 PI4P的量，來影響MCTP，進而影響原生質絲區域的細胞膜與內質網的接觸，導致原生質絲的「開」與「關」。真的很奇妙呢！
當然，前面也提到，植物有16個MCTP ，雖然目前看起來就這三個最重要，但也不能排除其他的MCTP們可能會擔任「微調」原生質絲的功能。這就有待後續的研究了！
參考文獻：
Pérez-Sancho, J., Smokvarska, M., Dubois, G., Glavier, M., Sritharan, S., Moraes, T. S., Moreau, H., Dietrich, V., Platre, M. P., Paterlini, A., Li, Z. P., Fouillen, L., Grison, M. S., Cana-Quijada, P., Immel, F., Wattelet, V., Ducros, M., Brocard, L., Chambaud, C., ... Bayer, E. M. (2025). Plasmodesmata act as unconventional membrane contact sites regulating intercellular molecular exchange in plants. Cell, 188(4), 958-977. https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.11.034
