南湖新聞網(wǎng)訊（通訊員 楊報）近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)油菜團隊與崖州灣國家實驗室、美國密蘇里大學(xué)圣路易斯分校、唐納德丹佛植物學(xué)中心在Plant Cell上聯(lián)合發(fā)表了題為“Regulation of glucosylceramide synthase and sphingolipid remodeling in the plant response to phosphate deficiency”的研究論文。該研究鑒定到將鞘磷脂轉(zhuǎn)化為鞘糖脂的關(guān)鍵合成酶，并揭示了鞘脂重塑在植物響應(yīng)磷酸鹽缺乏過程中的關(guān)鍵作用及其上游調(diào)控機制。這些發(fā)現(xiàn)增進了對磷酸鹽缺乏條件下膜脂重塑的理解，并提供了提高植物磷酸鹽利用效率新的遺傳資源。
磷酸鹽是植物生長發(fā)育所必需的大量營養(yǎng)素，而大多數(shù)土壤中磷酸鹽的短缺是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要限制因素，磷肥的大量施加會帶來嚴重的環(huán)境污染和礦產(chǎn)資源短缺等問題。植物細胞中含磷化合物（如DNA、RNA、ATP、磷脂等）眾多，其中磷脂是植物細胞中磷酸鹽的第二大儲存庫，含有超過細胞總磷的三分之一。植物在缺磷條件下，磷脂會被大量的降解釋放出磷素供其他必需含磷物質(zhì)（DNA、RNA、ATP等）的合成，伴隨著磷脂的減少糖脂會迅速升高以完成膜脂重塑。甘油磷脂到甘油糖脂的轉(zhuǎn)化是植物響應(yīng)磷素缺乏的重要機制，這一過程通過多個磷脂關(guān)鍵酶完成。而缺磷脅迫期間對于另外一種重要膜脂-鞘脂的代謝和調(diào)控研究還知之甚少。
鞘脂是質(zhì)膜中重要且豐富的脂質(zhì)，其穩(wěn)態(tài)在植物生長、發(fā)育和應(yīng)激反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。先前研究發(fā)現(xiàn)，在磷酸鹽饑餓條件下鞘磷脂水平會顯著下降而鞘糖脂則上升，缺磷誘導(dǎo)表達的非特異性磷脂酶C4（Nonspecific phospholipase C4，NPC4）介導(dǎo)鞘磷脂重塑的第一步。研究者進一步發(fā)現(xiàn)磷酸鹽缺乏誘導(dǎo)了介導(dǎo)葡萄糖基神經(jīng)酰胺合成的Glucosylceramide synthase（GCS）的表達。GCS表達的下調(diào)嚴重影響了鞘脂穩(wěn)態(tài)，并阻礙了植物在磷酸鹽饑餓條件下的生長，而GCS的過表達則促進了鞘脂重塑以維持植物生長。此外，還發(fā)現(xiàn)磷酸饑餓響應(yīng)關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子PHOSPHATE STARVATION RESPONSE1（PHR1）直接介導(dǎo)NPC4和GCS的表達，從而調(diào)控缺磷脅迫期間鞘磷脂到鞘糖脂的轉(zhuǎn)化，以使植物適應(yīng)缺磷脅迫維持生長。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、美國密蘇里大學(xué)圣路易斯分校、唐納德丹佛斯植物科學(xué)中心博士后楊報為本文第一作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、崖州灣國家實驗室郭亮教授與美國密蘇里大學(xué)圣路易斯分校、唐納德丹佛斯植物科學(xué)中心王學(xué)敏教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)青年基金、中國植物學(xué)會“青苗人才”計劃、中國博士后科學(xué)基金面上項目和特別資助等項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1093/plcell/koaf138
