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    我会理事长章文华教授团队揭示磷脂介导的植物钾离子通道调控机制
    发布时间:2020/5/29 17:09:10  浏览次数:

    我会理事长章文华教授团队揭示磷脂介导的

    植物钾离子通道调控机制

      磷脂分子不仅作为细胞膜的主要组分,其还可以作为第二信使参与调节植物生长发育和逆境响应。其中,磷脂酰肌醇(PtdInsPs)和磷脂酸(PA)是目前为止研究最广泛的植物磷脂信号分子。已有多种功能蛋白被鉴定为磷脂信号分子的靶标,包括:代谢酶、蛋白激酶、蛋白磷酸酶、微管结合蛋白和转录因子等【1】。在动物细胞研究领域,以心肌细胞和神经细胞为模型发现,磷脂信号分子还参与调节多种离子通道的门控特性,其调控机制主要包括:(a)磷脂分子直接结合离子通道的特异性门控位点并调节通道活性;(b)磷脂分子通过非特异地调节细胞膜的物理性质(如膜张力和曲度等)影响通道活性【2】。但是,在植物研究领域中,对于磷脂分子介导的离子通道调节机制仍然知之甚少。

      近日我会理事长章文华教授团队在The Plant Journal上发表了一篇题为Phosphatidic acid directly binds with rice potassium channel OsAKT2 to inhibit its activity的研究论文。该研究对水稻Shaker家族钾通道OsAKT2进行了功能鉴定,并发现磷脂酸 (PA) 可直接结合OsAKT2并抑制其通道活性,揭示了磷脂介导的植物钾离子通道调控机制。


      该研究发现OsAKT2是一个韧皮部特异表达的弱整流钾离子通道。受膜电势影响,OsAKT2介导细胞对钾离子的吸收或外排,并能够抑制H+—蔗糖共转运所引起的膜电势去极化。这一通道特性有利于维持韧皮部细胞膜电势,促进植物体能量匮乏时的蔗糖长距离运输。有趣的是,OsAKT2的通道活性受到PA显著抑制。进一步利用生物化学和电生理学方法证实,OsAKT2 ANK结构域中的两个相邻精氨酸残基是PA结合的位点,并对PA抑制OsAKT2活性至关重要。
      该研究还发现,PA也显著抑制OsAKT2同源的拟南芥AKT2,而另一个内向钾通道KAT1则对PA并不敏感。已有报道表明,拟南芥AKT2促进蔗糖韧皮部装载和运输,其突变体在短日照条件下表现出开花延迟和莲座叶发育迟缓的表型【3】。为了检测PA-AKT2相互作用在植物体内的功能,该研究利用不同内源PA水平的拟南芥遗传材料进行了表型分析,并发现内源PA水平与短日照条件下的植物生长发育具有负相关性,暗示PA通过抑制AKT2活性调节植物生长。该研究揭示了PA与植物钾通道的直接作用关系,为解析磷脂信号介导的植物离子通道调节机制提供了新的线索。       


     


    Phosphatidic acid (PA)-mediated inhibition of OsAKT2 K+channel (图:Lyza Maron)
      值得一提的是,该论文被The Plant Journal选为当期的Research highlight论文,并配发了题为“Phospholipids: novel players in the complex regulation of potassium channels in plants”的评论文章,强调了论文创新点和研究意义。
      南京农业大学生命科学学院沈立轲博士为该论文第一作者,沈立轲章文华教授为共同通讯作者。研究生田全祥杨乐乐、南京农业大学张群教授和江苏省农业科学院周珍珍副研究员等参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和植物生理与生物化学国家重点实验室开放课题的资助。


    参考文献:

    [1] Q. Hou, G. Ufer, D. Bartels, Lipid signalling in plant responses to abiotic stress, Plant Cell Environ, 39 (2016) 1029-1048.

    [2] D.W. Hilgemann, G. Dai, A. Collins, V. Lariccia, S. Magi, C. Deisl, M. Fine, Lipid signaling to membrane proteins: From second messengers to membrane domains and adapter-free endocytosis, J Gen Physiol, 150 (2018) 211-224.

    [3] P. Gajdanowicz, E. Michard, M. Sandmann, M. Rocha, L.G. Correa, S.J. Ramirez-Aguilar, J.L. Gomez-Porras, W. Gonzalez, J.B. Thibaud, J.T. van Dongen, I. Dreyer, Potassium (K+) gradients serve as a mobile energy source in plant vascular tissues, Proc Natl Acad Sci U S A, 108 (2011) 864-869.


    论文链接:

    https://doi.org/10.1111/tpj.14731

    Highlight链接:

    https://doi.org/10.1111/tpj.14790


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