11月4日，Molecular Plant在线先发表了北京大学朱玉贤院士和秦咏梅教授研究组题为Phytosphinganine Affects PlasmodesmataPermeability via Facilitating PDLP5-Stimulated Callose Accumulation in Arabidopsis 的研究论文，首次揭示鞘脂骨架分子通过调控植物胞间连丝蛋白PDLP5累积影响胞间连丝的通透性。
/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30360-0在高等植物中，胞间连丝（plasmodesmata，PD）作为细胞质膜的延伸，横跨细胞壁并连接相邻植物细胞形成圆柱状膜性通道（约20-50 nm直径）。胞间连丝运输的物质包括矿质离子、糖、氨基酸和有机酸等小分子物质，且含有诸如蛋白质和核酸等大分子物质。胞间连丝对运输物质分子大小的限度受许多因子的调节。与脂筏膜组分类似，PD膜富含鞘脂类和固醇类分子。胞间连丝结构与功能已成为当前细胞生物学研究的热点。但是，关于鞘脂类分子调控PD功能的机制研究仍未见报道。鞘脂主要由长链氨基醇骨架、长链脂肪酸及头基构成，在参与调控植物的生长发育以及响应外界刺激中发挥着重要作用。该研究利用脂质组学技术发现在拟南芥中，相较于细胞膜组分，PD组分中以饱和鞘胺醇（ t18:0 ）为骨架的鞘脂比例显著增加。鞘胺醇去饱和酶（SLD8）通过催化氧化反应在在鞘胺醇骨架8号和9号碳之间引入双键，生成不饱和鞘胺醇（ t18:1 ）。该研究利用拟南芥SLD8缺失突变体sld1 sld2（累积t18:0）探究PD功能。为了检测植物叶片PD基础通透性，作者将分子量约为560 Da的荧光染料CFDA滴在四周龄的拟南芥莲座叶叶表皮上，突变体sld1 sld2中CFDA分子的扩散能力显著降低，而在SLD1过表达突变体35S::SLD1中，CFDA分子的扩散能力显著增强。胼胝质（callose）是一种β-1,3-葡聚糖，普遍存在于高等植物的细胞壁上，在植物生长发育及响应外界刺激的过程中发挥重要调节作用。作者利用荧光免疫技术检测胼胝质累积。相较于野生型，突变体sld1 sld2莲座叶细胞PD周围胼胝质显著聚集，导致突变体PD变窄(图1)。
图1 突变体sld1 sld2胞间连丝周围胼胝质聚集RNA-seq数据分析揭示该突变体PDLP5表达量显著增加。氨基酸序列分析发现，PDLP5跨膜区包含一个假定结合鞘脂分子的基序。体外MST实验结果表明PDLP5蛋白特异结合t18:0而不是t18:1 (图2)。
图2 重组PDLP5结合饱和鞘氨醇脂质体悬浮实验结果揭示t18:0帮助PDLP5插入脂质体膜上。由于部分植物病原菌在植物细胞间扩散主要通过PD，PD处胼胝质沉积阻止病原菌进入植物体内。该研究选取了半活体营养型病原菌丁香假单胞菌（细菌型）和大丽轮枝菌（真菌型）侵染拟南芥植株。相较于野生型植株，突变体sld1 sld2对两种病原菌表现出显著增强植物抗性，而过表达植株35S::SLD1则表现出植物抗性显著下降(图3)。
图3 突变体sld1 sld2对半活体营养型病原菌的抗性显著增强该研究揭示鞘脂分子调控植物胞间连丝蛋白PDLP5的分子机制：增加植物t18:0含量可帮助 PDLP5在胞间连丝上的聚集，导致胞间连丝关闭从而提高植物抗病性。该研究为植物膜蛋白通过与特殊脂质特异结合定位于膜上提供了新的思路。
北京大学刘宁菁博士为该论文第一作者。秦咏梅教授为该论文的通讯作者。中国科学院微生物研究所郭惠珊研究员、武汉大学周强辉教授参与了研究工作。该研究得到农业部和国家自然科学基金委员会的资助。
全文转自MolPlant植物科学公众号。
北京大学朱玉贤院士和秦咏梅教授研究组揭示鞘脂分子调控植物胞间连丝蛋白PDLP5的分子机制
