【前沿】章文华研究团队揭示磷脂酸调控植物抗逆信号的细胞学机制

2019-08-28来源:南农新闻-NJAU NEWS作者:章文华

近日Nature Plants杂志在线发表了我校生命科学学院章文华教授团队的研究论文 “Tissue-specific accumulation of pH-sensing phosphatidic acid determines plant stress tolerance团队设计了活体监测植物细胞膜磷脂酸PA生物感受器PAleon利用它揭示了逆境诱导的PA变化在时空上的复杂性,并提出在植物抗盐反应中PA可作为细胞内pH 变化的感受元件。

PA是重要的脂信号分子,也是合成其它脂类的重要前体,它的功能与其在细胞膜系统的位置有关。虽然已明确PA信号分子参与调节植物的各种基本生物过程,PA作用的机制仍然知之甚少,主要原因是目前分析PA的方法尚不能精确监测该信使分子在活细胞和植物组织中的时空动态变化为此,该研究团队从他们早些时候鉴定的多个PA靶蛋白(PNAS, 2004; Plant Cell 2009, 2012; New Phytologist 2010)中,选择了结合能力最强的NADPH 氧化酶(RBOHD)片段R250,利用Förster共振能量转移(FRET)原理,设计PA特异性结合的光遗传学生物传感器PAleon(图1)PAleon对PA 的敏感能特异地监测活细胞质膜PA的浓度变化。当拟南芥幼苗受到脱落酸(ABA)和盐(NaCl)胁迫处理时 PA瞬间上升(时间单位:秒级)。与野生型拟南芥相比,缺磷脂酶Dα1PLDα1pldα1突变体PA产生延迟并水平降低,说明PLDα1在PA产生中的贡献、以及PAleon监测活体细胞PA的可信性。

他们的研究还发现,盐诱导时,幼根不同区域细胞膜PA启动上升的时间是一致的,但上升水平不一样:根尖细胞PA水平最高、成熟区次之,分生区最低 。研究还指出,胞内pH调节PA极性头部的质子化,影响其与靶蛋白互作;因此盐响应过程中,PA可作为细胞内pH变化的感受元件

波尔多大学(University of Bordeaux )两位科学家A. M. CassimS. Mongrand在同期的News & Views专栏上发表推送文章, “脂闪亮在植物细胞膜”(Lipids light up in plant membranes)。该专栏文章指出,到目前为止PA功能研究受到严重阻碍,主要是由于缺少能实地、定量检测PA的生物探测器,Li等的研究工作,不但揭示了PA在植物细胞中的新功能,为其他同行提供了有效的研究工具;同时,也为设计监测线粒体、质体、细胞核等PA的生物感受器铺平了道路。

该论文第一作者是生科院博士生李文钰,通讯作者是章文华。生科院博士生宋腾钊等参与此工作,美国密苏里大学(University of Missouri)王学敏教授(Xuemin Wang)和德国明斯特大学(Universität Münster) Jörg Kudla教授是此项研究的合作者。该工作受国家自然科学基金委资助。

 PA生物感受器的设计原理

  

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41477-019-0497-6

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