国际权威学术期刊The Plant Cell于3月6日在线发表了生命科学学院章文华教授研究团队完成的题为“Nonspecific phospholipases C3 and C4 interact with PIN-FORMED2 to regulate growth and tropic responses in Arabidopsis”的研究论文。该研究揭示了脂质分子通过调控生长素信号来调节植物向性运动的分子机制。

脂质是细胞膜的重要组分，不仅构成细胞膜结构，还可以通过与外部蛋白质、荷电高分子物质的相互作用，从而完成细胞对外界信号的感知与转导。由于人们对脂质生物学功能重要性的认识不断加深以及生物探针、质谱技术的不断革新，脂质生物学作为生物学的一个重要分支逐渐引起了科研工作者的重视。生长素极性运输对植物器官的形成、发育及抗逆应答至关重要。负责生长素转运的载体蛋白均定位于细胞膜。近些年，生科院植物逆境生理与分子遗传改良团队在脂质如何影响生长素转运及调控机制方面取得一系列重要突破。其中，研究发现磷脂酶D（PLD）产生磷脂酸（PA）结合靶标PINOID（PID）激酶，增强其磷酸化生长素输出转运蛋白PIN2活性，提高了PIN2外运生长素能力和植物耐盐性（Plant Cell,2019）；甘油-3-磷酸酰基转移酶（GPAT）来源的溶血磷脂酸（LPA）通过调控靶标PIN1,调节植物胚胎发育和抗逆应答过程（PNAS,2022）。然而，脂质如何调控植物向性运动及其相关的分子机制，仍然未知。

该团队最新研究发现拟南芥非特异磷脂酶（NPC）参与调控植物向重力性和避盐反应过程。拟南芥基因组共有6个基因编码NPC蛋白。其中，NPC3、NPC4和NPC5以基因簇形式存在。利用CRISPR-Cas9技术获得npc3 npc4的双突变体，其表现为生长发育迟缓、向重力反应减弱以及生长素分布失衡等表型。深入研究表明，在外源信号（重力、高盐等）刺激下，NPC3/4被激活，促使其与PIN2结合并产生二酰甘油（DAG），后者进一步代谢生成信号分子PA，调控PIN2的囊泡降解过程，从而促使生长素非对称分布的形成，最终促进根的弯曲生长。有意思的是，在向性运动过程中，NPC3/4来源的PA在根部呈现非对称分布；该分布特征在其他脂质分子未被发现。综上所述，该研究发现了脂质调控植物向性运动的关键代谢酶，丰富了人们对脂质分子功能的新认知，也为作物抗逆遗传改良提供了重要基因资源和理论依据。

图 1 NPC3/4调控生长素信号通路和植物向性运动模式图

论文第一署名单位为南京农业大学，博士生李腾为论文第一作者，张群教授为论文通讯作者。章文华教授和密苏里大学圣路易斯分校的王学敏教授指导了该项研究。植物逆境生理与分子遗传改良团队的袁静娅副研究员、博士生张淑娟、硕士生李雪冰和江苏省农业科学院贾倩茹博士、密苏里大学圣路易斯分校的姚帅兵博士参与了该项研究。该研究得到了国家重点研发项目（2022YFA1303400）、国家自然科学基金面上项目（332270301和31970300）、江苏省自主创新项目（CX-20-2007）和中央基本业务费（XUEKEN2022002）等项目资助。

论文链接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koae071/7619587?searchresult=1