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植物(wù)缺磷條件(jiàn)下(xià)膜脂重塑機制獲揭示

2021-02-02 14:50        來源:華中農業大學

  近日,華中農業大學油菜團隊首次發現了植物(wù)鞘磷脂GIPC可以被NPC4水(shuǐ)解,揭示了NPC4介導的植物(wù)膜脂重塑新機制。

  磷是植物(wù)生(shēng)長發育所必需的一(yī)種大量元素,植物(wù)對磷素的有效性利用是提高(gāo)植物(wù)産量的關鍵。細胞内大量的磷素用于細胞膜磷脂的合成,細胞膜磷脂是細胞内磷素的儲存庫。植物(wù)在缺磷條件(jiàn)下(xià),膜磷脂會被磷脂酶水(shuǐ)解釋放(fàng)出磷素供其他必需含磷物(wù)質(如DNA、RNA、ATP和蛋白(bái)質等)的合成,植物(wù)通(tōng)過該機制适應磷素的缺乏,這一(yī)代謝過程通(tōng)過多(duō)個關鍵磷脂酶完成。

  非特異性磷脂酶C4(NPC4)是植物(wù)NPC家族中活性最強的,在缺磷條件(jiàn)下(xià)被誘導表達最高(gāo)的一(yī)個基因。NPC4在植物(wù)缺磷條件(jiàn)下(xià)的代謝功能(néng)尚不清楚,解析NPC4代謝功能(néng)的分子生(shēng)化機制對植物(wù)磷素的高(gāo)效利用意義重大。

  在該研究中,研究者通(tōng)過擴大拟南(nán)芥缺磷條件(jiàn)下(xià)脂質組的檢測,發現植物(wù)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(jiàn)下(xià)會顯著下(xià)降,同時根中鞘糖脂葡萄糖神經酰胺(glucosylceramide,GlcCer)會大幅度上(shàng)升。研究者檢測了缺磷條件(jiàn)下(xià)npc4體内的鞘脂變化情況,發現與野生(shēng)型(WT)相(xiàng)比,缺磷條件(jiàn)下(xià)npc4中GIPC的含量顯著高(gāo)于WT,同時GlcCer的含量則顯著低(dī)于WT,缺磷條件(jiàn)下(xià)NPC4的缺失導緻鞘脂代謝受阻。研究者進一(yī)步通(tōng)過體外酶活實驗分析發現NPC4可将GIPC水(shuǐ)解形成羟基神經酰胺(hydroxyceramide,hCer)和帶磷酸基團的極性頭部。基因表達分析表明拟南(nán)芥在缺磷條件(jiàn)下(xià)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将NPC4水(shuǐ)解GIPC生(shēng)成的hCer轉化爲GlcCer。這些研究結果表明NPC4水(shuǐ)解GIPC,介導了缺磷條件(jiàn)下(xià)鞘磷脂到(dào)鞘糖脂的轉化。

  GIPC是植物(wù)特有的一(yī)種鞘脂,含量占鞘脂總量的60%以上(shàng)。GIPC是植物(wù)細胞膜的重要組成部分,通(tōng)常與固醇和跨膜蛋白(bái)等形成細胞膜上(shàng)特殊的抗去污劑結構-脂筏,在植物(wù)細胞對外界信号響應上(shàng)發揮著(zhe)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(bái)提取物(wù)抗去污劑組分中檢測到(dào)NPC4-GFP,将分離的細胞質膜蛋白(bái)通(tōng)過蔗糖梯度離心分離,可在脂筏組分中檢測到(dào)NPC4-GFP。同時脂質分析發現NPC4-GFP可與GIPC共定位,進一(yī)步證明了脂筏定位的NPC4可通(tōng)過水(shuǐ)解脂筏中的GIPC使細胞适應缺磷脅迫。

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