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油菜团队揭示植物缺磷条件下膜脂重塑机制
发布时间:2021-01-20

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近日,cq9游戏官网油菜团队首次发现了植物鞘磷脂GIPC可以被NPC4水解,揭示了NPC4介导的植物膜脂重塑新机制。

磷是植物生长发育所必需的一种大量元素,植物对磷素的有效性利用是提高植物产量的关键。细胞内大量的磷素用于细胞膜磷脂的合成,细胞膜磷脂是细胞内磷素的储存库。植物在缺磷条件下,膜磷脂会被磷脂酶水解释放出磷素供其他必需含磷物质(如DNA、RNA、ATP和蛋白质等)的合成,植物通过该机制适应磷素的缺乏,这一代谢过程通过多个关键磷脂酶完成。

非特异性磷脂酶C4(NPC4)是植物NPC家族中活性最强的,在缺磷条件下被诱导表达最高的一个基因。NPC4在植物缺磷条件下的代谢功能尚不清楚,解析NPC4代谢功能的分子生化机制对植物磷素的高效利用意义重大。

在该研究中,研究者通过扩大拟南芥缺磷条件下脂质组的检测,发现植物特有的鞘磷脂糖基肌醇磷酸神经酰胺(glycosyl inositol phosphoryl ceramide,GIPC)在缺磷条件下会显著下降,同时根中鞘糖脂葡萄糖神经酰胺(glucosylceramide,GlcCer)会大幅度上升。研究者检测了缺磷条件下npc4体内的鞘脂变化情况,发现与野生型(WT)相比,缺磷条件下npc4中GIPC的含量显著高于WT,同时GlcCer的含量则显著低于WT,缺磷条件下NPC4的缺失导致鞘脂代谢受阻。研究者进一步通过体外酶活实验分析发现NPC4可将GIPC水解形成羟基神经酰胺(hydroxyceramide,hCer)和带磷酸基团的极性头部。基因表达分析表明拟南芥在缺磷条件下NPC4和GCS(glucosylceramide synthase,葡萄糖神经酰胺合成酶)会被大量诱导表达,诱导的GCS将NPC4水解GIPC生成的hCer转化为GlcCer。这些研究结果表明NPC4水解GIPC,介导了缺磷条件下鞘磷脂到鞘糖脂的转化。

GIPC是植物特有的一种鞘脂,含量占鞘脂总量的60%以上。GIPC是植物细胞膜的重要组成部分,通常与固醇和跨膜蛋白等形成细胞膜上特殊的抗去污剂结构-脂筏,在植物细胞对外界信号响应上发挥着重要作用。亚细胞定位结果证明NPC4定位于细胞质膜(PM),同时可在细胞膜蛋白提取物抗去污剂组分中检测到NPC4-GFP,将分离的细胞质膜蛋白通过蔗糖梯度离心分离,可在脂筏组分中检测到NPC4-GFP。同时脂质分析发现NPC4-GFP可与GIPC共定位,进一步证明了脂筏定位的NPC4可通过水解脂筏中的GIPC使细胞适应缺磷胁迫。

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