内质网-质膜接触位点协同调控植物应激中二酰基甘油转运与磷酸化的分子机制

这篇研究揭示了植物应对环境胁迫时，内质网-质膜接触位点（ER-PM CS）通过Synaptotagmin 1（SYT1）转运二酰基甘油（DAG）至内质网，并由二酰基甘油激酶（DGK1/DGK2）磷酸化的空间协同机制。该机制不仅清除质膜DAG以维持膜稳定性，还通过磷脂酰肌醇（PI）循环补充磷酸肌醇（PIP）库，为真核细胞脂质信号传导和应激响应提供了新见解。

　　

SYT1与DGK1/DGK2的相互作用
研究通过TurboID邻近标记蛋白质组学发现，SYT1与二酰基甘油激酶DGK1在拟南芥细胞培养物中存在相互作用。免疫共沉淀和FRET分析进一步证实，SYT1的C2结构域与DGK1/DGK2的C1结构域直接结合，而DGK1和DGK2则通过辅助结构域形成异源二聚体。BiFC实验显示，SYT1与DGK2的相互作用依赖于ER-PM CS的形成，当使用PI4P磷酸酶SAC1破坏接触位点时，相互作用消失。

ER-PM CS的特异性功能
DGK1和DGK2通常定位于整个内质网，但与SYT1共表达时，会在ER-PM CS富集。这种定位变化不依赖于人工ER-PM连接蛋白MAPPER，表明SYT1是驱动DGKs在接触位点聚集的关键因子。通过机器学习工具Ilastik对共聚焦图像进行分割量化，发现SYT1-DGK2复合物在ER-PM CS的富集比例显著高于其他ER区域。

DAG代谢的膜区室化调控
脂质组学分析显示，冷胁迫下_dgk1dgk2突变体的内质网膜（IM）中DAG34:2和DAG34:3含量比野生型增加1.8倍，而质膜（PM）无显著差异。这与_syt1syt3突变体PM积累DAG的表型形成对比，证实DGK1/DGK2在内质网以_cis方式磷酸化DAG，而非在质膜（_trans）。该过程通过将DAG转化为磷脂酸（PA），促进PI循环以补充应激消耗的PIP。

转录组与表型关联
RNA-seq分析发现_syt1和_dgk1dgk2在冷胁迫下有24个共同差异表达基因（DEG），显著富集于非生物胁迫响应通路。表型实验表明，_syt1和_dgk1dgk2均降低拟南芥的冷驯化抗冻性，而三突变体_dgk1dgk2syt1表型未进一步恶化，提示三者通过同一通路发挥作用。

进化与跨物种意义
DGK1/DGK2与人类HsDGKε同源，均含跨膜域和C1结构域。研究推测HsDGKε可能通过与Extended Synaptotagmins（E-Syts）在ER-PM CS形成类似模块，暗示该机制在真核生物中的保守性。植物中尚未发现类似动物TMEM24或Nir2的PI转运蛋白，未来需鉴定更多参与PI循环的ER-PM CS组分。

技术方法与创新
研究整合了TurboID邻近标记、FRET/BiFC活体互作检测、高分辨率脂质组学（LC-MS）和机器学习辅助图像分析。其中，SAC1活性调控实验为ER-PM CS依赖性互作提供了直接证据，而双相分配膜分离技术则精准定位了DAG代谢的膜区室差异。

生理意义与应用前景
该机制解析了植物在胁迫下维持PM稳定的双保险策略：SYT1清除PM的DAG避免膜损伤，DGK1/DGK2则将其转化为PA以驱动PI循环。这一发现为作物抗逆改良提供了新靶点，例如通过调控SYT1-DGK模块增强植物对盐害或低温的耐受性。