PLC-DGK 途径产生的磷脂酸介导脂质重塑和乙烯信号限制以赋予桃耐冷性

《Postharvest Biology and Technology》:Phosphatidic acid from the PLC-DGK pathway mediates the lipid remodeling and the ethylene signaling restriction to confer chilling tolerance in peaches

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月25日 来源:Postharvest Biology and Technology 7.3

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   •外源 PA 处理有效缓解桃的冷害•PA 通过将 PA 转化为 TAG 池来重构脂质组•PA 对 PLD-DGK 途径发挥反馈抑制作用•PA 下调乙烯合成和信号转导•PA 增强 ETR1-CTR1 的物理相互作用引言园艺产品常经历快速衰老过程,表现为品质损失和腐烂。冷藏可大大

  
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    外源 PA 处理有效缓解桃的冷害
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    PA 通过将 PA 转化为 TAG 池来重构脂质组
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    PA 对 PLD-DGK 途径发挥反馈抑制作用
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    PA 下调乙烯合成和信号转导
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    PA 增强 ETR1-CTR1 的物理相互作用

引言

园艺产品常经历快速衰老过程,表现为品质损失和腐烂。冷藏可大大减缓这些过程。暴露在不当温度下(对于冷敏感物种通常为 0–12°C)会引发一系列生理失调,称为冷害 (CI),这严重限制了园艺作物的采后储存和商业价值,特别是热带和亚热带起源的作物 (Sevillano et al., 2009)。
桃 (Prunus persica (L.) Batsch) 是一种典型的冷敏感跃变型果实,在长时间冷藏期间极易发生冷害,表现出内部褐变 (IB)、木质化、粉质化和香气损失,这些共同导致了显著的品质恶化和经济损失 (Chen et al., 2021)。越来越多的研究认识到,对冷应激的早期和基础细胞响应是由结构和代谢水平上的膜脂质重塑所调控的 (Barrero-Sicilia et al., 2017, Shomo et al., 2024)。与此同时,冷诱导的膜脂质从流体到刚性凝胶状态的相变进一步引发了一系列有害事件,包括膜不稳定、活性氧 (ROS) 爆发,并最终导致细胞崩溃 (Albornoz et al., 2019)。因此,维持膜脂质稳态对于增强抗冷性至关重要。
冷应激下的脂质重塑涉及多个脂质亚类之间复杂的代谢通量,主要是甘油脂质和鞘脂 (Zheng et al., 2016, Barrero-Sicilia et al., 2017)。甘油脂质包括甘油磷脂 (磷脂酸,PA;磷脂酰胆碱,PC;磷脂酰乙醇胺,PE;磷脂酰甘油,PG;磷脂酰肌醇,PI;磷脂酰丝氨酸,PS) 和甘油糖脂 (单半乳糖基二酰甘油,MGDG;双半乳糖基二酰甘油,DGDG;磺基奎尼酸二酰甘油,SQDG) (Zheng et al., 2016)。鞘脂包括神经酰胺、长链碱基 (LCB) 及其衍生物,如葡萄糖神经酰胺 (GlcCer) 和糖基肌醇磷酸神经酰胺 (GIPC),它们是细胞膜的关键组成部分和应激响应信号脂质 (Li et al., 2025)。这些脂质类别在植物和园艺产品的冷适应中既作为结构元素,又作为强大的信号分子发挥作用。在果实中,较高的 PC 和 PE、增加的中性脂质二酰甘油 (DAG) 和甘油三酯 (TAG)、升高的 DGDG/MGDG 比率以及增加的 GlcCer 通常与改善的抗冷性相关,而过量的 PA、神经酰胺和 GIPC 则往往与冷害发展相关 (Wang et al., 2017, Chen et al., 2019, Chen et al., 2021, Song et al., 2022)。
在这些脂质中,代谢互化的中心调控枢纽是 PA,这是一种具有双重结构和信号功能的关键中间体。PA 可通过多种途径生成,包括磷脂酶 D (PLD) 介导的结构磷脂水解、PLC- 二酰甘油激酶 (DGK) 介导的 DAG 磷酸化,以及 Kennedy 途径中通过甘油 -3- 磷酸酰基转移酶 (GPAT) 和溶血磷脂酰酸酰基转移酶 (LPAT) 进行的从头生物合成通过 (Shomo et al., 2024)。PA 和 DAG 的代谢命运至关重要:短暂的 PA 积累可能启动冷信号,而由广泛磷脂降解产生的持续 PA 则损害膜完整性 (Wang et al., 2017, Song et al., 2023)。相比之下,通过二酰甘油酰基转移酶 (DGAT) 和磷脂:二酰甘油酰基转移酶 (PDAT) 将 DAG 转化为 TAG 构成了一种保护性汇聚,将脂肪酸隔离到中性脂滴中,缓冲膜脂质周转 (Wang et al., 2026)。已证实 PLD 和 PLC–DGK 途径对冷响应有独特的贡献,其中 PLC–DGK 通常负责低温下快速、早期的 PA 激增 (Arisz et al., 2013)。此外,植物可以在不显著改变总 PA 水平的情况下,在冷暴露期间调整 PA 分子种类和亚细胞分布 (Vilchez et al., 2021)。因此,通过精细的酰基编辑和脂质通量分配,PA 产生途径和 PA 消耗途径之间的动态平衡可能决定了膜重塑和冷害响应的结果,然而其在采后果实中的调控机制仍知之甚少。
脂质代谢还与激素信号进一步交织,包括脱落酸、茉莉酸、水杨酸和乙烯,通过共享的生物合成前体和双向信号串扰 (Chen et al., 2019, Zhu et al., 2019, Park et al., 2023, Li et al., 2024)。特别是乙烯,它是跃变型果实成熟和衰老的主调控因子,但其在冷应激中的功能是复杂的,有时甚至是矛盾的。在桃和油桃中,乙烯既通过衰老相关的膜瓦解加剧冷害,又通过冷驯化和冷害抑制促进抗冷性 (Zhang et al., 2020, Qian et al., 2021)。石榴和桃的转录组分析表明,乙烯合成和信号转导成分是更广泛的抗冷网络的一部分,该网络也涉及脂质代谢 (Wang et al., 2017, Chen et al., 2021, Zhu et al., 2019)。重要的是,PA 本身作为脂质第二信使发挥作用;生物物理和分子研究表明,PA 直接结合乙烯信号蛋白,如负调控因子 CONSTITUTIVE TRIPLE RESPONSE 1 (CTR1),从而调节途径活性 (Testerink et al., 2007b, Testerink et al., 2008)。最近在香蕉和转基因番茄中的工作进一步表明,NAC 转录因子促进磷脂降解和 PA 积累,这负调控果实抗冷性,而乙烯可以抑制这种由 NAC 驱动的磷脂分解代谢 (Song et al., 2022)。此外,外源 PA (16:0–18:1) 直接抑制乙烯合成和信号转导,但通过内源 PA 代谢途径的串扰在番茄中诱发了 CBF-FAD 调控子并增强了耐受性 (Wang et al., 2026)。总之,这些发现支持了一个直接的脂质 - 激素串扰模型,在该模型中,特定的 PA 池,特别是通过 PLC–DGK 产生的那些,与乙烯合成和信号转导模块相互作用以塑造冷害响应,然而这种相互作用在采后桃果实中如何运作仍然在很大程度上未解决。
为此,我们采用药理学方法,使用外源 PA 和特异性酶抑制剂来解析关键 PA 代谢途径在桃暴露于冷应激中的作用。我们在冷藏期间使用 PA (16:0–18:2)(先前已鉴定为 PLC-DGK 途径的来源)、PLD 抑制剂丁醇 (Charoenphun et al., 2023) 和 DGK 抑制剂 D5919 (R59022) (Yuan et al., 2019) 处理果实。通过整合冷害症状的生理评估、全面的脂质组谱分析以及脂质和乙烯途径基因的转录分析和分子相互作用分析,本研究旨在阐明 PA 代谢的差异调控如何通过影响内源膜脂质重塑和乙烯信号转导来缓解冷害。结果表明,PA 作为 PLC-DGK 途径的反馈抑制剂,通过改善 PA 代谢枢纽处的中性脂质积累以及通过增强 CTR1 和 ETR1 相互作用来抑制乙烯合成和信号转导,从而有助于抗冷性。我们的发现为外源 PA 处理诱导抗冷性背后的脂质调整和脂质 - 激素协调提供了新的见解,并提出策略目标以延长冷敏感果实的采后货架期。

章节摘要

植物材料和实验设计

桃 (Prunus persica (L.) Batsch 品种'中桃 9 号') 果实于商品成熟期 (全花后 135 天) 收获自中国安徽省合肥市的果园。选择大小均匀、无缺陷的果实并运至实验室。它们被随机分配到四个处理组:(1) 对照 (浸泡蒸馏水); (2) PA 处理组 (浸泡 2.5 μmol L?1 PA 16:0–18:2,基于初步剂量 - 效应实验); (3) 丁醇处理

外源 PA (16:0–18:2) 处理缓解了冷害并保持了桃的采后品质

在本研究中,使用丁醇 (PLD 抑制剂)、D5919 (DGK 抑制剂) 和 2.5 μmol L?1 PA16:0–18:2 (以下简称 PA) 来评估它们在 0 ℃ 冷藏 35 天期间对桃冷害的生理效应。总体而言,与对照组相比,所有三种处理都显著减轻了冷害引起的品质恶化。值得注意的是,在整个储存期间,外源 PA 处理通常发挥了最明显的保护作用 (图 1)。
可见的内部褐变 (IB)

讨论

冷害发展涉及两个关键过程:以 PA 代谢为中心的脂质重塑和乙烯信号转导。在我们之前的番茄工作中,我们发现外源 PA 抑制了乙烯信号转导并减少了内源 PA 积累 (Wang et al., 2026);然而,PA 降解机制及其与乙烯抑制的串扰仍然不清楚。本研究表明,外源 PA (16:0–18:2) 处理显著缓解了桃果实在冷藏期间的冷害症状。

结论

总之,本研究阐明了 PA 缓解桃果实冷害的双重机制。外源 PA 通过抑制内源 PA 产生来促进膜脂质重塑,特别是通过反馈抑制 PLC-DGK 途径和诱导 PA 消耗转化为中性脂质,包括 DAG-TAG 通量,以及 DGDG 和 GlcCer。其次,PA 抑制乙烯合成和信号转导,这可能通过 PA 介导的 CTR1-ETR1 增强而进一步加强

作者贡献

K.W. 和 G.Z. 撰写了主要手稿文本并制作了所有图表。B. Z.、Z. Y. 和 G. Z. 进行了实验研究。X.W. 和 Y.Z. 帮助修订了手稿。X. Y. 检查了手稿并提供了资源。所有作者都审阅了手稿。

资助

本研究由 国家自然科学基金 (编号 31772367) 支持。

CRediT 作者贡献声明

Ke Wang:写作 – 审阅与编辑,写作 – 初稿,监督,概念化。Ge Zhu:可视化,调查。Bei Zhou:调查。Xue-ren Yin:资源。Xingxing Wang:写作 – 审阅与编辑。Yongchao Zhu:写作 – 审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明,他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系,这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。
Ke Wang|Ge Zhu|Bei Zhou|Xue-ren Yin|Xingxing Wang|Yongchao Zhu
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