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    油菜團隊揭示植物缺磷條件下膜脂重塑機制
    發布時間:2021-01-20

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    近日,我校油菜團隊首次發現了植物鞘磷脂GIPC可以被NPC4水解,揭示了NPC4介導的植物膜脂重塑新機制。

    磷是植物生長發育所必需的一種大量元素,植物對磷素的有效性利用是提高植物產量的關鍵。細胞內大量的磷素用于細胞膜磷脂的合成,細胞膜磷脂是細胞內磷素的儲存庫。植物在缺磷條件下,膜磷脂會被磷脂酶水解釋放出磷素供其他必需含磷物質(如DNA、RNA、ATP和蛋白質等)的合成,植物通過該機制適應磷素的缺乏,這一代謝過程通過多個關鍵磷脂酶完成。

    非特異性磷脂酶C4(NPC4)是植物NPC家族中活性最強的,在缺磷條件下被誘導表達最高的一個基因。NPC4在植物缺磷條件下的代謝功能尚不清楚,解析NPC4代謝功能的分子生化機制對植物磷素的高效利用意義重大。

    在該研究中,研究者通過擴大擬南芥缺磷條件下脂質組的檢測,發現植物特有的鞘磷脂糖基肌醇磷酸神經酰胺(glycosyl inositol phosphoryl ceramide,GIPC)在缺磷條件下會顯著下降,同時根中鞘糖脂葡萄糖神經酰胺(glucosylceramide,GlcCer)會大幅度上升。研究者檢測了缺磷條件下npc4體內的鞘脂變化情況,發現與野生型(WT)相比,缺磷條件下npc4中GIPC的含量顯著高于WT,同時GlcCer的含量則顯著低于WT,缺磷條件下NPC4的缺失導致鞘脂代謝受阻。研究者進一步通過體外酶活實驗分析發現NPC4可將GIPC水解形成羥基神經酰胺(hydroxyceramide,hCer)和帶磷酸基團的極性頭部?;虮磉_分析表明擬南芥在缺磷條件下NPC4和GCS(glucosylceramide synthase,葡萄糖神經酰胺合成酶)會被大量誘導表達,誘導的GCS將NPC4水解GIPC生成的hCer轉化為GlcCer。這些研究結果表明NPC4水解GIPC,介導了缺磷條件下鞘磷脂到鞘糖脂的轉化。

    GIPC是植物特有的一種鞘脂,含量占鞘脂總量的60%以上。GIPC是植物細胞膜的重要組成部分,通常與固醇和跨膜蛋白等形成細胞膜上特殊的抗去污劑結構-脂筏,在植物細胞對外界信號響應上發揮著重要作用。亞細胞定位結果證明NPC4定位于細胞質膜(PM),同時可在細胞膜蛋白提取物抗去污劑組分中檢測到NPC4-GFP,將分離的細胞質膜蛋白通過蔗糖梯度離心分離,可在脂筏組分中檢測到NPC4-GFP。同時脂質分析發現NPC4-GFP可與GIPC共定位,進一步證明了脂筏定位的NPC4可通過水解脂筏中的GIPC使細胞適應缺磷脅迫。

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