PLOS Genetics—薛紅衛(wèi)研究組和林文慧研究組合作揭示分泌型磷脂酶D調(diào)控水稻抽穗時間的新機制
磷脂酶Ds?(PLDs)是磷脂酶的一個重要家族，通過水解磷脂參與調(diào)控植物生長發(fā)育的各種過程以及對環(huán)境的響應(yīng)。研究組前期在水稻基因組中首先鑒定到了一類特殊的N端含有信號肽的PLD?(spPLD)，其區(qū)別于傳統(tǒng)的N端為C2或PX/PH結(jié)構(gòu)域的PLD而獨立存在?(Li et al., Cell Research，2007)。盡管目前的遺傳研究已經(jīng)證明了傳統(tǒng)PLD在脂質(zhì)降解、囊泡運輸、植物先天免疫、激素效應(yīng)和應(yīng)激反應(yīng)等過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但分泌型PLD在植物中的分泌特性和生理功能尚不清楚。?
2021年12月8日，上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院/上海市現(xiàn)代種業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心薛紅衛(wèi)研究組和上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院林文慧研究組合作在PLOS Genetics在線發(fā)表了題為A secretory phospholipase D?hydrolyzes phosphatidylcholine to suppress rice heading time的研究論文，揭示了水稻spPLD的分泌特性并證明其通過水解磷脂酰膽堿(PC)從而調(diào)控水稻的抽穗期，為磷脂作用及水稻抽穗期的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究提供了線索。
開花標志著植物從營養(yǎng)階段向生殖階段的轉(zhuǎn)變，開花時間決定植物是否能夠產(chǎn)生足夠的種子，是一個重要的農(nóng)藝性狀。?成花素Florigen是誘導(dǎo)成花轉(zhuǎn)變的系統(tǒng)信號，擬南芥Florigen?T?(FT)蛋白優(yōu)先結(jié)合莖尖分生組織(SAM)中不飽和程度低的PC，導(dǎo)致活性增強，從而促進開花。但磷脂分子是否也以類似的方式參與水稻開花時間(抽穗)調(diào)控，目前尚不清楚。
該研究利用洋蔥、煙草以及水稻原生質(zhì)體的工作證明了水稻spPLD的分泌性，生化實驗表明spPLD及去掉信號肽的ΔPLD均具有PLD活性。對水稻轉(zhuǎn)基因材料分析顯示spPLD過量表達材料抽穗時間延遲，spPLD降低或者缺失材料的抽穗時間顯著提前，有意思的是，去除信號肽的ΔPLD過量表達材料的抽穗時間無顯著改變，表明分泌性對spPLD的作用發(fā)揮是必須的。脂質(zhì)組學(xué)分析表明不飽和程度低的PC在spPLD過量材料中含量降低，在spPLD降低或者缺失材料中含量增多。進一步的研究證明水稻Heading date 3a?(Hd3a)和?Rice Flowering Locus T 1?(RFT1) (HD3a和RFT1是FT的同源蛋白)可以結(jié)合PC，其結(jié)合對Hd3a在開花調(diào)控中的作用非常重要，且在單雙子葉植物中具有保守性。
PC主要分布在質(zhì)膜外膜，spPLD被分泌到質(zhì)外體水解PC并可能進一步調(diào)控質(zhì)膜的質(zhì)子泵從而影響Hd3a和RFT1進入細胞發(fā)揮作用。這些結(jié)果揭示了spPLD在磷脂介導(dǎo)的水稻開花時間調(diào)控中的重要作用，為闡明分泌型蛋白的功能及磷脂在植物生長發(fā)育中的作用機制提供了重要線索。
spPLD抑制水稻抽穗時間的作用模型
上海交通大學(xué)博士后渠莉為論文第一作者，農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院薛紅衛(wèi)教授和生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院林文慧研究員為共同通訊作者。中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心褚玉甲博士參與了研究工作。該研究得到國家自然科學(xué)基金、上海交通大學(xué)JiRLMDS聯(lián)合基金的資助。?
論文鏈接：https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1009905
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