杰青Plant Cell发表基础代谢新机制

　　

生物通报道：来自上海生科院植生生态所植物分子遗传国家重点实验室的研究人员发现拟南芥β-酮酰-酰基载体蛋白合酶I(KASI)通过影响脂肪酸合成而参与叶绿体分裂和胚胎发育的调控。脂质代谢是植物体内的主要基础代谢途径之一，这项研究展示了脂肪酸在影响质体发育中的一个新的功能。这一研究成果公布在植物科学研究权威期刊Plant Cell杂志上。

领导这一研究的是上海生科院植生生态所薛红卫研究员，其早年毕业于华东师范大学，2004年获得国家杰出青年基金。主要研究方向是植物信息传导的分子生物学研究，包括植物第二信使系统－磷脂酰肌醇(PI)信号传导系统的分子生物学研究；植物激素对植物生长发育的影响及其作用机理；植物功能基因组学研究。

质体(Plastid)是植物细胞内的一类非常重要的细胞器，是植物细胞区分于其他真核细胞的一个显著特征。植物的多个重要的代谢途径都是在质体中进行的，例如脂质合成、氨基酸代谢、氮和硫同化以及植物激素的合成等。尽管如此，质体的最主要作用仍然是分化为叶绿体，进行光合作用，为植物体固定碳源以及提供能量。研究叶绿体分裂的机制对于人们认识叶绿体的功能非常重要，因为所有的质体并不是由子细胞从头产生，而是由存在于细胞质中未分化的原质体以二分裂的形式(binary fission)分裂而来的。

脂质代谢是植物体内的主要基础代谢途径之一，在植物生长发育的多个方面起重要作用。β-酮酰-酰基载体蛋白合酶(β-ketoacyl-[acyl carrier protein] synthase I)在脂肪酸从头合成(de novo synthesis)中负责酰基链延长中的聚合反应。

研究人员对KASI的一个T-DNA插入缺失突变体的表型观察表明，KASI基因的缺失导致了多效性的表型，包括黄化、叶扭曲、育性下降以及植株矮小等，特别在kasI突变体中很多叶肉细胞都只有2-5个巨大的叶绿体，表明KASI的缺失导致叶肉细胞叶绿体的分裂受阻。由于KASI的缺失造成拟南芥莲座叶中极性脂质的组份发生剧烈变化，这种变化导致叶绿体分裂相关FtsZ和MinE基因的表达受到抑制。MinE基因表达的抑制导致FtsZ蛋白的弥散分布以及Z环定位的紊乱，从而导致叶绿体分裂受阻。另外，KAS I的缺失严重阻碍了胚胎的正常发育，使胚胎发育停留在球形胚之前或推迟了整个胚胎发育过程，并导致种子中脂肪酸含量的剧烈下降(约为野生型的33.6%)及组份的剧烈变化，表明脂肪酸从头合成在植物生长发育中的重要作用以及极性脂质供应对叶绿体发育和分裂的重要作用，展示了其在影响质体发育中的一个新的功能。

（生物通：万纹）

作者简介：

薛红卫，男，河南省人，博士生导师、研究员。中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所国家重点实验室主任助理。主要从事植物激素作用机理及其信号传导、种子发育的分子调控的研究。1998年获中国科学院****；曾获2001年度上海市“新长征突击手”及“新长征突击手标兵”称号；2002年度上海市徐汇区“光啟杯十佳青年”称号。注重和国外优秀实验室的合作，在2000年8月，作为负责人，成立了我国生物学领域第一个马普伙伴实验室（Partner Group on Plant Molecular Physiology and Signal Transduction）。 2004年获得国家杰出青年基金。

集中开展植物信息传导的分子生物学研究，主要学术方向专注于：

1) 植物第二信使系统－磷脂酰肌醇(PI)信号传导系统的分子生物学研究；

植物PI信号传导途径介导多种信号传导途径并与多种发育过程相关，包括基因表达、防御反应、生长素的作用、光调节、植物的受精、离子调节、种子萌发、细胞骨架的重排、叶片的衰老等。我们以拟南芥和水稻为材料，利用分子生物学和生物化学的手段对产生PI的代谢过程、相关基因的表达模式、作用机理及其上、下游的分子调控机制进行了深入研究，希望在分子生物学水平上阐述第二信使系统的作用机理以及与其它生命现象之间的关系。

2) 植物激素对植物生长发育的影响及其作用机理；

激素在植物生长发育中起重要作用，对其作用机理的研究将有助于了解激素对植物特定器官发育的影响、信号传导的具体机制、及与其他信号途径间的相互关系，对在分子生物学水平上阐述激素的作用机制和功能具有重要的学术意义。我们集中研究植物激素(生长素、脱落酸和油菜素内酯)对植物生长发育过程的影响及其相关作用蛋白、受体、反应蛋白和信号传导途径。

3) 植物功能基因组学研究。

随着水稻基因组序列测定工作的接近完成，对其功能基因组学的研究已越来越引起人们的重视，水稻突变群体的创制及芯片制备将为功能基因组学研究提供技术和材料平台。我们在该领域的工作集中于水稻突变群体的创制、转录因子的分离及其功能分析。重点研究种子发育的分子机理。同时开展了油菜种子发育和脂肪酸代谢的分子机理研究。

近期代表性论文：

Xue HW, Chen X, Li G. (2007). Involvement of phospholipid signaling in plant growth and hormone effects. Current Opinion in Plant Biology 10: 483-489.

Li G, Xue HW*. (2007). Arabidopsis PLDz2 regulates vesicle trafficking and is required for auxin response. The Plant Cell 19: 281-295.

Lou Y, Gou JY, Xue HW*. (2007). AtPIP5K9, an Arabidopsis phosphatidylinositol monophosphate kinase, interacts with a cytosolic invertase to negatively regulate sugar-mediated root growth. The Plant Cell 19: 163-181.

Li L, Xu J, Xu ZH, Xue HW*. (2005). Brassinosteroids Stimulate Plant Tropisms through Modulation of Polar Auxin Transport in Brassica and Arabidopsis. Plant Cell 17: 2738-2753.

Yang XH, Xu ZH, Xue HW*. (2005). Arabidopsis membrane steroid-binding protein 1 (MSBP1) is involved in inhibition of cell elongation. Plant Cell 17: 116-131.