華中農業大學油菜團隊揭示植物缺磷脅迫期間膜脂重塑代謝通路及其調控機制

南湖新聞網訊（通訊員 楊報）近日，華中農業大學油菜團隊與崖州灣國家實驗室、美國密蘇里大學圣路易斯分校、唐納德丹佛植物學中心在Plant Cell上聯合發表了題為“Regulation of glucosylceramide synthase and sphingolipid remodeling in the plant response to phosphate deficiency”的研究論文。該研究鑒定到將鞘磷脂轉化為鞘糖脂的關鍵合成酶，并揭示了鞘脂重塑在植物響應磷酸鹽缺乏過程中的關鍵作用及其上游調控機制。這些發現增進了對磷酸鹽缺乏條件下膜脂重塑的理解，并提供了提高植物磷酸鹽利用效率新的遺傳資源。
 
　　磷酸鹽是植物生長發育所必需的大量營養素，而大多數土壤中磷酸鹽的短缺是農業可持續發展的主要限制因素，磷肥的大量施加會帶來嚴重的環境污染和礦產資源短缺等問題。植物細胞中含磷化合物（如DNA、RNA、ATP、磷脂等）眾多，其中磷脂是植物細胞中磷酸鹽的第二大儲存庫，含有超過細胞總磷的三分之一。植物在缺磷條件下，磷脂會被大量的降解釋放出磷素供其他必需含磷物質（DNA、RNA、ATP等）的合成，伴隨著磷脂的減少糖脂會迅速升高以完成膜脂重塑。甘油磷脂到甘油糖脂的轉化是植物響應磷素缺乏的重要機制，這一過程通過多個磷脂關鍵酶完成。而缺磷脅迫期間對于另外一種重要膜脂-鞘脂的代謝和調控研究還知之甚少。
 
　　鞘脂是質膜中重要且豐富的脂質，其穩態在植物生長、發育和應激反應中起著關鍵作用。先前研究發現，在磷酸鹽饑餓條件下鞘磷脂水平會顯著下降而鞘糖脂則上升，缺磷誘導表達的非特異性磷脂酶C4（Nonspecific phospholipase C4，NPC4）介導鞘磷脂重塑的第一步。研究者進一步發現磷酸鹽缺乏誘導了介導葡萄糖基神經酰胺合成的Glucosylceramide synthase（GCS）的表達。GCS表達的下調嚴重影響了鞘脂穩態，并阻礙了植物在磷酸鹽饑餓條件下的生長，而GCS的過表達則促進了鞘脂重塑以維持植物生長。此外，還發現磷酸饑餓響應關鍵調節因子PHOSPHATE STARVATION RESPONSE1（PHR1）直接介導NPC4和GCS的表達，從而調控缺磷脅迫期間鞘磷脂到鞘糖脂的轉化，以使植物適應缺磷脅迫維持生長。
 
　　華中農業大學、美國密蘇里大學圣路易斯分校、唐納德丹佛斯植物科學中心博士后楊報為本文第一作者，華中農業大學、崖州灣國家實驗室郭亮教授與美國密蘇里大學圣路易斯分校、唐納德丹佛斯植物科學中心王學敏教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學青年基金、中國植物學會“青苗人才”計劃、中國博士后科學基金面上項目和特別資助等項目的資助。
 
　　論文鏈接：https://doi.org/10.1093/plcell/koaf138



日期：2025-06-11