植物类粘膜蛋白ORM在逆境胁迫中的作用及其调控

Sphingolipids, as essential components of membrane system, are bioactive signaling molecules and participate in many biological processes. The Orosomucoid (ORM) family proteins are highly conserved eukaryotic transmembrane proteins located in the ER. Few studies about ORM function has been reported in plants. Previously, we characterized the Arabidopsis ORM genes and demonstrated that Arabidopsis ORMs function to regulate serine palmitoyltransferase (SPT) activity, the first and rate-limiting step in sphingolipid biosynthesis. In this proposal, we will pursue 1) the role of ORM in response to abiotic and biotic stresses; 2) the function of ORM in ER-stress related resistance; 3) whether the plant ORMs are regulated by phosphorylation; and 4) screening of the interactive proteins for ORM and a suppressor screening for orm mutants. This study will help us to uncover the biological function of ORM, and promote plant sphingolipid study.

鞘脂作为第二大类膜脂是生物膜结构的主要组分之一，同时作为信号分子广泛参与多种生物学过程。类粘膜蛋白（Orosomucoid, ORM）是真核生物中高度保守的内质网跨膜蛋白，在植物中的研究非常少。我们前期的研究发现并证明了拟南芥ORM蛋白抑制鞘脂合成限速酶（SPT酶）的活性，负调控鞘脂从头合成，直接影响鞘脂水平。本申请将利用前期积累的遗传材料，聚焦 1）ORM在调控植物鞘脂和逆境应答中作用；2）ORM在内质网应激的细胞效应中的作用和角色，3）ORM的磷酸化调控机制，以及4）ORM互作蛋白和orm抑制子的筛选。该项目的实施不仅有助于深入理解ORM的生物学功能，同时也将推动植物鞘脂的研究进程。

鞘脂作为第二大类膜脂是生物膜结构的主要组分之一，同时作为信号分子广泛参与多种生物学过程。类粘膜蛋白（Orosomucoid, ORM）是真核生物中高度保守的内质网跨膜蛋白，我们前期的研究发现并证明了拟南芥ORM蛋白抑制鞘脂合成限速酶（SPT酶）的活性，负调控鞘脂从头合成，直接影响鞘脂水平，在植物衰老和抗性应答中起到至关重要的作用。本项目进一步研究了ORM在逆境应答中鞘脂变化与抗性通路间的调控关系；ORM在内质网应激中的功能，ORM互作蛋白的筛选以及功能调控的研究。主要研究发现：.1) 内质网是负责蛋白合成、折叠、修饰和转运的细胞器, 错误折叠或未折叠蛋白聚集内质网腔内会引发内质网应激反应。在拟南芥中ORM的功能缺失植株大量积累鞘脂，植株内未折叠蛋白UPR基因持续高表达，证明了鞘脂可以激活UPR途径，同时发现鞘脂对内质网应激反应具有调节作用。此外，实验证明ORM蛋白通过蛋白互作参与到ERAD途径。确定植物鞘脂与内质网应激反应之间的作用关系, 将极大扩充了鞘脂在植物抗性反应中的功能研究的认知（准备投稿）。.2) KH结构域是蛋白质中最常见的RNA结合结构域之一，目前只有不多的KH蛋白的功能被鉴定，且该蛋白在开花、花形态发生、生殖发育以及环境胁迫中起重要作用。我们研究了KH domain protein FLOWERING LOCUS Y (FLY)，发现敲除和沉默FLY-1会造成早花的表型，证明了FLY-1在调控开花时间中的功能。相关结果发表在Plant Cell Reports (2020)上。.3) 神经酰胺作为鞘脂代谢的中心分子，其含量变化往往会影响到整个鞘脂代谢的稳态。研究发现并证明了EDS1、PAD4和SA参与长链神经酰胺代谢和神经酰胺诱导的细胞死亡。该研究发表在Plant Journal （2021）上。.4) 首次证明茉莉素（jasmonate, JA）途径参与调控鞘脂代谢。JA信号转导关键蛋白COI1和关键转录因子MYC2参与调控过程。研究已发表在Plant Physiology 上（Huang et al., 2021）。..本项目的研究进一步揭示了ORM的生物学功能，扩展了神经酰胺水平及其调控在细胞死亡、抗病虫应答以及育性中发挥的重要作用，为未来ORM在植物逆境和作物发育中的基因资源利用提供了理论依据。