中山大学姚楠教授课题组Plant Cell解析植物鞘脂合成调控机制

　　

生物通报道：近期，来自中山大学生命科学学院的研究人员，在植物学国际权威期刊Plant Cell在线发表题为“Orosomucoid Proteins Interact with the Small Subunit of Serine Palmitoyltransferase and Contribute to Sphingolipid Homeostasis and Stress Responses in Arabidopsis”的研究成果，报道了他们在植物鞘脂合成的调控机制方面所取得的研究进展。该论文揭示了植物类黏膜蛋白作为植物鞘脂生物合成的负调控因子，在植物生长发育和抵抗环境胁迫中的重要作用。姚楠教授为通讯作者，博士后李俭和博士生尹健等同学为共同第一作者。延伸阅读：中山大学Nature子刊发布端粒研究新发现。

姚楠教授1988年本科毕业于北京农业大学(现中国农业大学)植物病理学专业，1992年赴日本留学，先后于1997年和2002年在日本神户大学农学部植物病理学研究室获得硕士、博士学位。自2002年5月在美国芝加哥大学分子遗传和细胞生物学系做博士后，2005年底作为中山大学 “****”引进人才，建立了植物细胞结构与功能实验室。现为中山大学生命科学学院、有害生物控制与资源利用国家重点实验室的教授、博士生导师。研究领域是植物细胞生物学和植物病理学，其研究结果连续在众多国际著名刊物（包括Plant Cell, Gene & Development, Current Biology, Plant J.等）上发表。

鞘脂是一类含有鞘氨醇骨架的两性脂，是仅次于磷脂的第二大类膜脂。越来越多的研究表明，鞘脂正常代谢的维持不仅是细胞生存的关键，也对包括抗病免疫调控、植物育性等在内的发育过程，有着十分重要的作用。丝氨酸棕榈酰转移酶（Serine palmitoyltransferase, SPT）是催化鞘脂合成的第一步，同时也是关键的限速步骤。在人和酵母中，类黏膜蛋白（Orosomucoid, ORM）通过负调控SPT酶来维持细胞内的鞘脂稳态。尽管近年来的研究发现，鞘脂作为信号分子在植物生长和胁迫过程中扮演着重要的角色，但是关于植物鞘脂的生物合成是如何被调控的，目前还不是很明确。

该论文报道称，拟南芥ORM蛋白可以通过结合SPT酶的小亚基ssSPT，来抑制SPT复合物的活性，负调控鞘脂的从头合成；而这类蛋白的缺失会促进鞘脂的从头合成，造成体内鞘脂的大量积累，内质网（ER）胁迫相关基因的高表达，可引起植物的早衰。此外，敲除ORM基因，改变了植物对生物和非生物胁迫的抗性。这项研究揭示了ORM蛋白调控植物鞘脂生物合成的分子机制，以及其在抗逆应答中的重要生物学功能。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Orosomucoid Proteins Interact with the Small Subunit of Serine Palmitoyltransferase and Contribute to Sphingolipid Homeostasis and Stress Responses in Arabidopsis
Abstract：Serine palmitoyltransferase (SPT), a pyridoxyl-5′-phosphate-dependent enzyme, catalyzes the first and rate-limiting step in sphingolipid biosynthesis. In humans and yeast, orosomucoid proteins (ORMs) negatively regulate SPT and thus play an important role in maintaining sphingolipid levels. Despite the importance of sphingoid intermediates as bioactive molecules, the regulation of sphingolipid biosynthesis through SPT is not well understood in plants. Here, we identified and characterized the Arabidopsis thaliana ORMs, ORM1 and ORM2. Loss-of-function of both ORM1 and ORM2 (orm1 amiR-ORM2) stimulated de novo sphingolipid biosynthesis, leading to strong sphingolipid accumulation, especially of long-chain bases and ceramides. Yeast two-hybrid, bimolecular fluorescence complementation, and coimmunoprecipitation assays confirmed that ORM1 and ORM2 physically interact with the small subunit of SPT (ssSPT), indicating that ORMs inhibit ssSPT function. We found that orm1 amiR-ORM2 plants exhibited an early-senescence phenotype accompanied by H2O2 production at the cell wall and in mitochondria, active vesicular trafficking, and formation of cell wall appositions. Strikingly, the orm1 amiR-ORM2 plants showed increased expression of genes related to endoplasmic reticulum stress and defenses, and also had enhanced resistance to oxidative stress and pathogen infection. Taken together, our findings indicate that ORMs interact with SPT to regulate sphingolipid homeostasis and play a pivotal role in environmental stress tolerance in plants.