薛红卫研究员PLOS Genet最新研究成果

　　

生物通报道：8月16日，中科院上海生命科学研究院薛红卫研究员带领的课题组，在国际著名遗传学期刊《PLOS Genetics》在线发表了题为“Arabidopsis Type II Phosphatidylinositol 4-Kinase PI4Kγ5 Regulates Auxin Biosynthesis and Leaf Margin Development through Interacting with Membrane-Bound Transcription Factor ANAC078”的研究成果。本研究不但阐明了磷脂酰肌醇信号调控生长素原位合成及细胞分裂的机制，也为膜定位转录因子剪切入核的调控机制提供了重要线索。相关阅读：薛红卫研究员Cell子刊揭示信号调控新机制。

磷脂酰肌醇（PI）信号通路，以及有关的第二信使分子肌醇1，4，5 –三羟甲基氨基甲烷磷酸盐和各种磷脂分子，对于人类、动物和植物的多个生理过程是很重要的。PI 4-激酶（PI4K）可通过使肌醇环第4位置上的PI磷酸化，而催化PI 4-磷酸盐（PI4P）的合成，并在发育和应激反应中发挥重要的作用。

高等植物叶边缘发育是叶形态建成的最后步骤，叶边缘的正常发育对于叶形态建成和叶片形状形成非常重要。目前的研究表明，叶边缘发育的调控主要涉及叶片细胞的分裂，此外，生长素在叶边缘发育过程中也发挥了重要调控作用。薛红卫课题组的研究发现，拟南芥磷脂酰肌醇-4-激酶PI4Kγ5，通过调控膜定位转录因子ANAC078的剪切，进而影响生长素的原位合成和叶边缘发育。

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该课题组前期在磷脂酰肌醇信号作用及该途径与生长素互作调控植物生长发育方面开展了系统工作，进一步的遗传学研究发现，II类磷脂酰肌醇-4-激酶PI4Kγ5的功能缺失体pi4kγ5-1表现出叶裂增强的表型，细胞学观察和分析发现，突变体叶裂增强是由于生长素促进的叶边缘突起处细胞分裂增加而导致的，pi4kγ5-1的叶边缘生长素含量增加。进一步的研究表明，PI4Kγ5与膜定位转录因子ANAC078相互作用，并促进其蛋白剪切及入核，剪切入核的ANAC078直接抑制生长素合成相关基因YUC2和YUC4的转录及生长素的合成，维持正常细胞分裂和叶边缘发育。

转录因子通过调控下游基因转录发育重要调控作用，近来的研究表明，一些膜（质膜、细胞器膜等）定位的转录因子通过蛋白剪切后入核调控基因转录，本研究不但阐明了磷脂酰肌醇信号调控生长素原位合成及细胞分裂的机制，也为膜定位转录因子剪切入核的调控机制提供了重要线索。

（生物通：王英）

注：薛红卫，研究员、博士生导师。

个人简介：1987-1991：上海华东师范大学生物学系
1991-1996：中科院上海植物生理所植物分子遗传国家重点实验室攻读博士学位
1996-1998：德国马普分子植物生理学研究所 博士后
1999-2002：中国科学院上海生命科学研究院副研究员
2002-现在：中国科学院上海生命科学研究院研究员

研究工作：主要开展植物激素作用机理和植物种子发育功能基因组学研究。
在植物激素作用机理方面，集中研究：1）生长素对植物不同细胞、组织发育的作用及其机制；2）生长素信号识别的机理，信号转导的重要调控因子；3）生长素和油菜素内酯相互作用以及与其他信号途径的交叉。
研究植物磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol, PI）信号转导途径参与植物发育及激素作用的分子机理。集中研究5PTase、PIP5K、PLD等PI途径关键酶在植物生殖发育和根发育过程中的作用、以及介导生长素作用的机制；PI途径相关小分子如何通过与蛋白相互作用参与植物发育的调控。
开展水稻种子发育及淀粉代谢的转录调控和表观遗传调控研究，重点研究激素、转录因子和miRNA参与相关过程的调控机制。

生物通推荐原文摘要：
Arabidopsis Type II Phosphatidylinositol 4-Kinase PI4Kγ5 Regulates Auxin Biosynthesis and Leaf Margin Development through Interacting with Membrane-Bound Transcription Factor ANAC078
Abstract：Normal leaf margin development is important for leaf morphogenesis and contributes to diverse leaf shapes in higher plants. We here show the crucial roles of an atypical type II phosphatidylinositol 4-kinase, PI4Kγ5, in Arabidopsis leaf margin development. PI4Kγ5 presents a dynamics expression pattern along with leaf development and a T-DNA mutant lacking PI4Kγ5, pi4kγ5–1, presents serrated leaves, which is resulted from the accelerated cell division and increased auxin concentration at serration tips. Studies revealed that PI4Kγ5 interacts with and phosphorylates a membrane-bound NAC transcription factor, ANAC078. Previous studies demonstrated that membrane-bound transcription factors regulate gene transcription by undergoing proteolytic process to translocate into nucleus, and ANAC078 undergoes proteolysis by cleaving off the transmembrane region and carboxyl terminal. Western blot analysis indeed showed that ANAC078 deleting of carboxyl terminal is significantly reduced in pi4kγ5–1, indicating that PI4Kγ5 is important for the cleavage of ANAC078. This is consistent with the subcellular localization observation showing that fluorescence by GFP-ANAC078 is detected at plasma membrane but not nucleus in pi4kγ5–1 mutant and that expression of ANAC078 deleting of carboxyl terminal, driven by PI4Kγ5 promoter, could rescue the leaf serration defects of pi4kγ5–1. Further analysis showed that ANAC078 suppresses the auxin synthesis by directly binding and regulating the expression of auxin synthesis-related genes. These results indicate that PI4Kγ5 interacts with ANAC078 to negatively regulate auxin synthesis and hence influences cell proliferation and leaf development, providing informative clues for the regulation of in situ auxin synthesis and cell division, as well as the cleavage and functional mechanism of membrane-bound transcription factors.