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程佑发研究组在磷酸肌醇和生长素介导的植物发育中取得进展

SAC6SAC7SAC8调控PIN蛋白极性定位

野生型细胞中(左),PtdIns4P和PtdIns(4,5)P2在质膜上含量很少,PIN蛋白通过内吞作用和蛋白转运维持极性定位;在sac突变体中(右),PtdIns4P和PtdIns(4,5)P2在质膜上大量累积,PIN蛋白从反式高尔基体网络/早期内吞体(TGN/EE)返回质膜的转运过程延迟,极性定位紊乱。


磷酸肌醇是真核生物中的重要信号分子,其动态分布和稳态受到严格的调控,在生长发育中起着至关重要的作用。具有SAC结构域和两个跨膜结构域的磷酸肌醇磷酸酶能够去磷酸化磷脂酰肌醇-4-磷酸(PtdIns4P)和磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸[PtdIns(4,5)P2]。它们在酵母和动物中功能保守,且是生长发育所必需的,而在植物中对其功能解析的研究却很少。在拟南芥中,SAC6SAC7SAC8编码的磷酸肌醇磷酸酶具有SAC结构域和两个跨膜结构域。近日,中国科学院植物研究所程佑发研究组与中科院遗传发育税光厚研究组合作,发现它们在维持拟南芥PtdIns4P和PtdIns(4,5)P2的稳态,以及生长素介导的发育过程中发挥重要作用。

研究人员从拟南芥生长素通路突变体pid背景中筛选得到ncp2 pid,其在拟南芥幼苗期和胚胎期都表现为子叶缺失。图位克隆揭示NCP2编码SAC7磷脂酰肌醇-4-磷酸磷酸酶(PtdIns4P phosphatase)。SAC6SAC7SAC8在幼苗和胚胎中的时空表达模式既部分重叠,又有特异性;它们的单突变体表现正常,或者仅具有轻微的发育缺陷;而sac6 sac7sac7 sac8双突变体和sac6 sac7 sac8三突变体在胚胎期或幼苗期表现出严重发育的缺陷,甚至致死。在sac6 sac7sac7 sac8双突变体幼苗中,PtdIns4P和PtdIns(4,5)P2的含量显著增加,在细胞质膜上的分布发生改变;生长素报告基因信号明显降低,生长素通路中的重要蛋白PIN1-GFP 和PIN2-GFP蛋白的极性定位发生紊乱,部分蛋白从质膜通过内吞作用进入细胞质内,从反式高尔基体网络/早期内吞体(TGN/EE)返回质膜的转运过程延迟。这项研究发现了SAC6SAC7SAC8在维持植物PtdIns4P和PtdIns(4,5)P2的稳态,以及生长素介导的发育过程中起重要作用,揭示了调控PIN蛋白极性定位的新基因及其相关机制;发现具有SAC结构域和两个跨膜结构域的磷酸肌醇磷酸酶在植物生长发育中也是必需的,以及该类基因在真核生物中的功能保守性,它们所编码蛋白的N-SacN结构域对于其发挥正常功能必不可少

该研究成果于2021年4月20日在线发表于国际学术期刊New Phytologist。程佑发组工程师宋丽珍和已毕业博士研究生王艳宁为共同第一作者,程佑发研究员为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、中科院先导专项等项目的资助。

原文链接:https://doi.org/10.1111/nph.17402


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