上海交大农生学院薛红卫课题组揭示磷脂酸代谢关键酶CDS调控拟南芥早期胚胎发育的新机制

　　

胚胎是被子植物实现有性生殖和世代交替的重要载体，也是植物生长发育的重要环节。胚胎发育起始于受精后的合子胚，经过细胞分裂和分化，最终发育为成熟胚胎。植物胚胎早期发育阶段所涉及的重要生物学过程包括合子激活、细胞分裂和分化、极性建立、模式形成和器官发生等，尽管已鉴定了一些参与早期胚胎发育的调控因子，但由于植物胚胎发育过程和调控网络的复杂性，仍有很多影响胚胎发生的因素需要进一步解析。

磷脂（Phospholipids）及其信号途径在植物生长发育、生物和非生物胁迫响应以及激素反应的信号传递过程中起着至关重要的作用。其中，磷脂酸（PA）作为重要信号分子，通过结合特异靶向蛋白调控细胞信号转导、细胞分裂、膜运输、细胞生长等过程，对植物生长发育调控起重要作用，但PA调控植物早期胚胎发育的功能和分子机制还知之甚少。

近日，上海交通大学农业与生物学院薛红卫教授课题组在PLos Genetics上发表了题为“Cytidinediphosphate diacylglycerol synthase – mediated phosphatidic acid metabolism is crucial for early embryonic development of Arabidopsis”的研究论文，揭示了胞苷二磷酸二酰基甘油合酶CDS1/CDS2介导的PA代谢通过调节生长素运输和分布，进而调控植物早期胚胎发育，为植物胚胎发育调控研究提供了重要线索。

 

由于植物胚胎取材困难，难以对其进行精确的磷脂测定。该研究创新性地利用油菜小孢子胚胎发生系统，结合脂质组方法首次揭示了早期胚胎发育阶段磷脂分子尤其是PA的动态变化，表明PA可能参与调控植物胚胎发育。组织表达分析结果表明，PA代谢关键酶编码基因CDS1和CDS2均在早期胚胎表达，进一步的观察证明，cds1和cds2突变体从原胚阶段表现出胚胎发育延迟的现象，而且CDS1和CDS2在调控早期胚胎发育中具有功能冗余。胚胎模式的建成与生长素密切相关，在cds1 cds2双突变体的早期胚胎中生长素水平下降，生长素转运蛋白PIN1在质膜的极性定位发生改变，表明CDS1/CDS2介导的PA代谢可能通过影响生长素的极性运输和分布参与早期胚胎发育的调控。 

该研究首次解析了磷脂分子在早期胚胎发育中的动态变化，加深了对PA作用模式的理解，为植物早期胚胎发育调控机制研究提供了线索。

上海交通大学农业与生物学院助理研究员杜心桥为论文第一作者，薛红卫教授为通讯作者。复旦大学生命科学学院姚红艳副研究员、湖北大学生命科学学院汤行春教授和罗盼博士参与了研究工作。该研究得到了国家自然科学基金、上海市扬帆计划、“万人计划”及“作物逆境生物学”河南省协同创新中心的资助。

 

原文链接：

https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1010320

作者：

农业与生物学院

供稿单位：

农业与生物学院