论文标题: Regulation of Plasmodesmata Function Through Lipid-Mediated PDLP7 or PDLP5 Strategies in Arabidopsis Leaf Cells

论文链接：https://www.mdpi.com/2223-7747/15/1/145

期刊名：Plants

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/plants

导读

胞间连丝 (Plasmodesmata，PD) 作为物质运输的桥梁，在植物的生长发育及抗病抗逆中起着至关重要的作用。胞间连丝作为细胞膜的延续，以共质体运输通道的形式，横跨了整个细胞壁，但是胞间连丝中膜蛋白、膜脂及多糖如何协同调控其通透性一直是植物学领域长期未解的难题。

胞间连丝具备高度的可塑性，在植物的不同发育时期、同一发育时期的不同器官或组织中，其形态及调控方式也不尽相同。近日，北京大学生命科学学院朱玉贤教授团队在 Plants 期刊发表研究论文，首次揭示了两个结构相似但功能不尽相同的胞间连丝定位蛋白分开或协同调控胞间连丝的新机制，从而在植物生长与免疫反应之间实现精细平衡，为农业生产提供了重要的理论依据与潜在应用价值。

研究过程与结果

本研究首先从拟南芥胞间连丝定位蛋白7 (PDLP7)入手，通过免疫电镜及荧光成像观察分析证明其定位于细胞膜及胞间连丝组分 (图1A-J)，进一步精细组分分离实验证明PDLP7定位于胞间连丝脂筏组分 (lipid raft，图1K)，暗示此蛋白与脂质相关。分子对接模拟表明以t18:0为代表的植物鞘氨醇与PDLP7跨膜区中的271 LEU、275 PHE与278 PHE相互作用 (图1L)。胞间连丝脂质组学数据表明，与野生型拟南芥植株相比，在pdlp7突变体中，GIPC含量显著降低 (图1M)。

图1. PDLP7定位于胞间连丝与细胞质膜并影响脂质组成。

为进一步研究PDLP7与脂质的关系，本研究利用凝胶分子筛纯化了此蛋白。结果表明，His-TF-PDLP7纯化蛋白符合其理论单体81 kDa (图2A)；但酵母双杂交与双分子荧光素酶互补实验证明在酵母与植物体内PDLP7存在相互作用 (图2B-C)。在体外人工合成的脂质体中，添加植物鞘氨醇会促进PDLP7形成二聚体 (图2D)。进一步发现在植物体内缺失PDLP7会导致膜有序度降低，而过表达此基因会提高膜有序度 (图2E-G)。上述结果表明，PDLP7在体内可能通过脂质形成聚体，调控胞间连丝功能。

图2. PDLP7通过植物鞘脂形成聚体。

PDLP5，同为PDLP家族蛋白，与PDLP7具有类似的可以结合植物鞘氨醇的性质。为研究两蛋白与脂质的关系，本研究通过pull down、烟草双分子荧光素酶互补及酵母双杂交实验证明PDLP5与PDLP7在体外不存在相互作用，而在植物及酵母体内存在相互作用 (图3)。

图3. PDLP7在体内与PDLP5相互作用。

既往发表的单细胞转录组数据表明，PDLP5主要于叶肉细胞中表达，而PDLP7主要于维管中表达。本研究也提取了拟南芥的叶柄组织，证实了相较于PDLP5，PDLP7主要于叶柄中表达 (图4A)。双色荧光共定位实验表明，在植物体内过表达PDLP5与PDLP7只有部分共定位 (图4B-C)。当同时过表达PDLP5时，黄色荧光与PD marker有较好的共定位 (图4D 上图)；而同时过表达PDLP5和PDLP7时，细胞发生胁迫，部分荧光蛋白也丢失了与胼胝质的共定位 (图4D 中图与下图)。同时，当植物病毒侵染时，PDLP5与PDLP7同时高表达，且通过彼此相互作用，触发抗病基因PR1上调，以抵抗病毒侵染 (图4E-F)。

图4. 同时过表达PDLP5与PDLP7会丢失部分PD定位并引起水杨酸介导的抗病基因上调。

研究总结

本研究首次从“源-库”及植物抗病角度揭示了两个胞间连丝定位蛋白的新功能。在自然条件下，PDLP5主要在叶肉细胞中表达，而PDLP7主要在维管组织表达，分别通过胼胝质合成与水解调控胞间连丝功能；在病毒侵染后，PDLP5与PDLP7通过相互作用，使膜微域有序度升高，通过调动抗病基因上调，关闭胞间连丝，完成病原菌抵抗 (图5)。

图5. PDLP7与PDLP5介导膜质分开或独立调控PD的模式图。

北京大学生命科学学院博士后陈欣、华东师范大学生命科学学院刘宁菁副研究员和北京大学博士研究生胡家榕为论文共同第一作者，北京大学朱玉贤教授为论文通讯作者。北京大学生命科学学院仪器中心工程师石浩，中国科学院大连化学物理研究所高晋助理研究员为参与作者。本研究中免疫电镜、共聚焦荧光成像等相关工作在国家蛋白质科学基础设施—北京基地北京大学分设施电镜及光镜平台完成，感谢胡迎春老师、孔振阳老师在样品制备、数据采集工作中的帮助。该研究得到国家自然科学基金 (32388101) 和国家博士后创新人才计划 (BX20250128) 的资助。

Plants 期刊介绍

主编：Prof. Dr. Dilantha Fernando, University of Manitoba, Canada

期刊专注于植物科学各领域的研究成果，已被SCIE、Scopus等数据库收录。期刊接收综述、研究论文等多种类型稿件，除形态学、系统学、生理学与生态学等基础学科外，也欢迎应用植物科学各方向的研究成果。