中大新聞網(wǎng)訊（通訊員周穎）低氧是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)量最常見(jiàn)的非生物脅迫之一。洪澇/水淹造成的淹沒(méi)或積水降低了植物所處環(huán)境中的氧氣濃度，使細(xì)胞處于缺氧狀態(tài)，從而影響植物正常生理代謝和生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致作物減產(chǎn)甚至絕收，威脅農(nóng)業(yè)安全。因此，研究植物對(duì)低氧脅迫的感知和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，對(duì)于深入理解植物水淹適應(yīng)性、保障洪澇災(zāi)害后作物穩(wěn)產(chǎn)具有重要的科學(xué)和實(shí)踐意義。目前，植物低氧響應(yīng)的生理適應(yīng)性機(jī)制已較為清晰，而對(duì)于植物低氧感知和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)控機(jī)理知之甚少。

研究表明，乙烯反應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子ERF-VII家族蛋白與膜相關(guān)ACBPs蛋白互作錨定在質(zhì)膜上。在水淹條件下，植物通過(guò)低氧誘導(dǎo)產(chǎn)生多不飽和acyl-CoA信號(hào)分子及依賴于類泛素化N-末端蛋白質(zhì)降解機(jī)制，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)低氧脅迫的動(dòng)態(tài)感知和應(yīng)答，這些發(fā)現(xiàn)為植物脂代謝或脂信號(hào)分子參與調(diào)控低氧響應(yīng)研究開(kāi)拓了新思路。前期研究發(fā)現(xiàn)，植物中另一脂信號(hào)分子磷脂酸（PA）在低氧響應(yīng)中顯著積累，但PA如何參與植物低氧信號(hào)通路還不清楚。

近日，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物逆境生物學(xué)團(tuán)隊(duì)肖仕課題組揭示，磷脂酶PLDα1和PLDδ受水淹脅迫誘導(dǎo)激活，水解底物磷脂酰乙醇胺（PE）產(chǎn)生PA，而PA作為信號(hào)分子和蛋白激酶MPK3和MPK6結(jié)合，并激活其激酶活性。進(jìn)一步，MPK3和MPK6依賴上游未知MAPKKK和MKK5，磷酸化植物低氧響應(yīng)核心轉(zhuǎn)錄因子RAP2.12，調(diào)控其轉(zhuǎn)錄活性及低氧信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路（圖1）。同時(shí)，長(zhǎng)期水淹導(dǎo)致PA的過(guò)量產(chǎn)生會(huì)造成活性氧（ROS）爆發(fā)、細(xì)胞死亡、及細(xì)胞膜完整性遭到破壞，不利于水淹去除后植物在復(fù)氧過(guò)程中的恢復(fù)生長(zhǎng)。深入研究發(fā)現(xiàn)，MPK3和MPK6激酶通過(guò)直接與PLDα1和PLDδ蛋白互作，磷酸化并負(fù)反饋調(diào)控其蛋白水平，從而維持低氧下合適的PA水平和細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，保護(hù)植物在復(fù)氧過(guò)程中正常的生長(zhǎng)發(fā)育（圖1）。該研究首次揭示了由PA-MPK3/6-RAP2.12模塊介導(dǎo)植物低氧信號(hào)鏈的新機(jī)制，對(duì)完善植物低氧信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理和作物抗?jié)尺z傳分子改良具有重要意義。

圖1 磷脂酸PA調(diào)控植物低氧信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的模式圖

研究成果“Phosphatidic acid modulates MPK3- and MPK6-mediated hypoxia signaling in Arabidopsis”近日在國(guó)際權(quán)威期刊The Plant Cell在線發(fā)表。周穎博士后為該論文的第一作者，肖仕教授和謝麗娟博士為論文共同通訊作者，李劍峰教授和姚楠教授為共同作者，參與了該研究的部分工作。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金杰青項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、青年科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)資助。

論文鏈接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koab289/6446039?searchresult=1