分泌型磷脂酶D調控水稻抽穗時間的新機制

責編 | 奕梵

磷脂酶

Ds

（PLDs）

是磷脂酶的一個重要家族，透過水解磷脂參與調控植物生長髮育的各種過程以及對環境的響應。研究

組前期在水稻基因組中首先鑑定到了一類特殊的N端含有訊號肽的PLD

（spPLD）

，其區別於傳統的

N端為C2或PX/PH結構域的PLD而獨立存在

（Li et al。， Cell Research，2007）

。儘管目前的遺傳研究已經證明了傳統

PLD在脂質降解、囊泡運輸、植物先天免疫、激素效應和應激反應等過程中發揮關鍵作用，但分泌型PLD

在植物中的分泌特性和生理功能尚不清楚。

2021年12月8日，

上海交通大學農業與生物學院/上海市現代種業協同創新中心

薛紅衛

研究組和上海交通大學生命科學技術學院

林文慧

研究組

合作在

PLOS Genetics

線上發表了

題為

A secretory phospholipase D hydrolyzes phosphatidylcholine to suppress rice heading time

的研究論文，

揭示了水稻

spPLD的分泌特性並證明其透過水解磷脂醯膽鹼

（PC）

從而調控水稻的抽穗期，為磷脂作用及水稻抽穗期的調控網路研究提供了線索。

開花標誌著植物從營養階段向生殖階段的轉變，開花時間決定植物是否能夠產生足夠的種子，是一個重要的農藝性狀

。

成花素Florigen是誘導成花轉變的系統訊號

，

擬南芥

Florigen

T

（FT）

蛋白優先結合莖尖分生組織

（SAM）

中

不飽和程度低的

PC，導致活性增強，從而促進開花

。但

磷脂分子是否也以類似的方式參與水稻

開花時間

（抽穗）

調控，目前尚不清楚。

該研究利用

洋蔥、菸草以及水稻原生質體的工作

證明了水稻

spPLD的分泌性，生化實驗表明spPLD及去掉訊號肽的

ΔPLD均具有PLD活性

。對水稻轉基因材料分析顯示

spPLD過量表達材料抽穗時間

延遲，

spPLD降低或者缺失材料的抽穗時間顯著提前，有意思的是，去除訊號肽的

ΔPLD

過量表達材料的抽穗時間無顯著改變，表明分泌性對

spPLD的作用發揮是必須的。脂質組學分析表明不飽和程度低的PC在spPLD過量材料中含量降低，在spPLD降低或者缺失材料中含量增多。進一步的研究證明水稻

Heading date 3a

（Hd3a）

和

Rice Flowering Locus T 1

（RFT1） （HD3a和RFT1是FT的同源蛋白）

可以結合

PC，其結合對Hd3a在開花調控中的作用非常重要，且在

單雙子葉植物中具有保守性

。

PC主要分佈在質膜外膜，spPLD被分泌到質外體水解PC並可能進一步調控質膜

的質子泵從而影響Hd3a和RFT1進入細胞發揮作用。

這些結果揭示了spPLD在磷脂介導的水稻開花時間調控中的重要作用，為闡明分泌型蛋白的功能及磷脂在植物生長髮育中的作用機制提供了重要線索。

spPLD抑制水稻抽穗時間的作用模型

上海交通大學博士後

渠莉

為論文第一作者，農業與生物學院

薛紅衛

教授和生命科學技術學院

林文慧

研究員為共同通訊作者。中科院分子植物科學卓越創新中心

褚玉甲

博士參與了研究工作。該研究得到國家自然科學基金、上海交通大學

JiRLMDS聯合基金

的資助。

論文連結：

https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1009905