磷脂酶D通过脂多糖激活拟南芥TOR信号通路促进植物生长的分子机制

本研究揭示了Azospirillum baldaniorum Sp245来源的脂多糖(LPS)通过激活磷脂酶D(PLD)生成磷脂酸(PA)，进而调控雷帕霉素靶蛋白(TOR)信号通路促进拟南芥生长的分子机制。研究发现LPS处理5分钟内即可激活PLD，30分钟达峰值，且不饱和PA(di18:1-PA)对TOR表达促进作用最强。该成果为解析植物-微生物互作提供了新视角。

　　

在植物与微生物的复杂互作中，根系如何感知有益微生物信号并启动生长调控一直是未解之谜。Azospirillum baldaniorum作为植物根际促生菌，其脂多糖(LPS)可促进植物生长，但具体机制尚不清楚。尤其缺乏对LPS激活细胞内信号通路（如雷帕霉素靶蛋白TOR通路）上游调控因子的认识。磷脂酶D(PLD)催化产生的磷脂酸(PA)作为第二信使，是否参与这一过程成为关键科学问题。

墨西哥米却肯州圣尼古拉斯德伊达尔戈大学的研究团队在《Plant Science》发表研究，通过遗传学、药理学和分子生物学方法，首次证实PLD-PA级联反应是连接LPS与TOR信号通路的核心枢纽。研究采用PLD活性检测、PA含量分析、TOR::GUS报告系统、细胞周期标记CycB1;1::GUS等技术，发现LPS通过PLD依赖性途径激活TOR，且不同PA分子中di18:1-PA最具生物活性。

【LPS增加叶面积和侧根数量】
100 μg/mL LPS处理显著增加拟南芥侧根数量、根毛长度和真叶面积，确立最适作用浓度。

【LPS刺激PLD活性】
LPS处理5分钟即显著提升PLD活性，30分钟达峰值，伴随PA含量同步增加。磷酸胆碱合成缺陷突变体xipot1因PA生成受阻丧失LPS响应性。

【PLD介导TOR表达调控】
1-丁醇抑制PLD后，LPS诱导的TOR表达增强被阻断。外源添加不同PA分子均能激活TOR，其中不饱和di18:1-PA效果最强。

【核糖体基因特异性调控】
LPS选择性上调核糖体基因RPS27B和RPL7B表达，但对RPS6B无影响，揭示TOR下游靶标的差异性调控。

【PA促进细胞周期进程】
di18:1-PA显著激活根尖分生组织CycB1;1::GUS表达，证实PA通过TOR调控细胞分裂。

该研究创新性阐明了PLD-PA-TOR轴在微生物信号转导中的核心地位，不仅为植物-微生物互作提供了新范式，更揭示不饱和PA分子的特异性生物活性。从应用角度看，发现di18:1-PA作为TOR激活剂的高效性，为开发新型植物生长调节剂提供了理论依据。研究还提示通过调控PLD活性可能优化作物对有益微生物的利用效率，对可持续农业发展具有重要指导价值。