Plant, Cell & Environment: 磷脂酶C4通过水解磷脂酰肌醇调控水稻对盐和干旱胁迫的响应
2018年9月，华中农业大学，中科院遗传与发育生物学研究所，University of Missouri-St. Louis， Donald Danforth Plant Science Center合作在《Plant, Cell & Environment》期刊上发表了题为“Phosphatidylinositol-hydrolyzing phospholipase C4 modulates rice response to salt and drought”的研究论文（doi:10.1111/pce.13437）。
磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C（PI—PLC）参与了胁迫信号传导但是它在粮食作物中的信号传导功能大部分还是未知的。这篇文章报道了水稻中的PI-PLC4（OsPLC4）在渗透胁迫响应中起到了正面的作用。和野生型比较，两个独立的基因敲除的突变型，plc4-1和plc4-2，在高盐度和缺水的条件下，幼苗生长速度和存活率都有下降，而OsPLC4的过量表达则提高了幼苗的存活率。OsPLC4在体外水解磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰肌醇4-磷酸（PI4P）和磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）并生成甘油二酯（DAG）。在盐胁迫处理后，OsPLC4的敲除减弱了盐诱导的磷脂酸（PA）升高，而OsPLC4的过量表达则降低了PI4P和PIP2的水平。甘油二酯（DAG）和磷脂酸（PA）恢复了plc4-1突变型的生长到了野生型的水平，但是甘油二酯激酶抑制剂1（DGKI1）阻断了DAG在plc4-1中盐胁迫下的互补效应。不仅如此，OsPLC4的缺失还减弱了肌醇三磷酸（IP3）和细胞质中游离的钙离子（Ca2+）的升高，并且抑制了与钙离子感受器和高盐条件下渗透胁迫响应相关的基因诱导。研究结果表明OsPLC4通过调控磷脂酸和钙离子两个信号通路，来影响水稻幼苗对渗透胁迫的响应。
这项研究中利用脂质组学技术分析了WT1、plc4-1、OE8的叶片（过量表达OsPLC4）中的DAG、PA、PIs的含量。在正常和盐胁迫条件下的DAG总量在3组中相近（图A)。在正常条件下，plc4-1中的36:4、36:1、36:3 DAG的含量显著高于野生型WT1.在盐胁迫下，OE8中36:1和36:3 DAG显著低于野生型WT1（图D）。
正常条件下，WT1和OE8的叶片PA含量较低，但是在盐胁迫下PA的增幅相比于plc4-1更大（图C），增幅大约为45%和53%。在水稻叶片中检测到23种PA分子，其中含量最高的是34:2、34:3 PA，接下来是36:4、36:5 PA。在没有盐胁迫的条件下，plc4-1中的很多PA分子相比于WT1更高，比如36:4、32:0、38:3、40:2和40:3 PA。而在盐胁迫下，只有34:1和40:6 PA更高（图E）。在盐胁迫前后，大部分PA分子的含量在OE8和WT1中是接近的，除了34:1、36:4 PA在盐胁迫后的OE8中显著变低。
作者还分析了OsPLC4的几种可能底物，包括PI、PI4P、PI3/5P、PI(4,5)P2。盐胁迫下，WT1、plc4-1和OE8的叶片中PI(4,5)P2和PI4P含量下降，但是PI3/5P的含量上升（图H）。没有盐胁迫的条件下，和WT1相比PI(4,5)P2的含量在plc4-1中更高但是在OE8中更低（图F）。OE8中PI(4,5)P2的含量在盐胁迫前后比别比WT1要低22%和76%（图F、G）。盐胁迫下，plc4-1中PI(4,5)P2的含量下降的比WT1要多（图H）。
这项研究揭示了盐和干旱胁迫能够诱导OsPLC4的表达，OsPLC4是调控水稻响应盐和干旱胁迫的信号网络的组成部分。通过直接检测OsPLC4的直接产物DAG、IP3，还有可能底物，包括PI、PI4P、PI3/5P、PI(4,5)P2和其它相关信号分子的含量来探究OsPLC4的对盐和干旱胁迫响应的调控机理。原文链接
