炭疽病胁迫香蕉中磷脂酸代谢关键酶基因表达对其生成转化的调控机制研究

Phosphatidic acid (PA) is an important messenger produced by the hydrolysis of phospholipid in cell membrane. PA participates in a variety of signal transduction pathways related to stresses.Phospholipase D (PLD), lipidphosphate phosphatase (LPP) and diacylglycerol kinase (DGK) regulatethe formation and conversion of PA. On the basis of proposer ascertaining the relationship between PLD expression regulating PA formation and banana fruit aging deterioration induced by anthracnose, this project further identifies the gene family members of two key enzymes LPPand DGK regulating banana PA metabolism. Their genomic sequence characteristics are also to be analyzed. Furthermore,the special expressions of banana LPP and DGK under anthracnoseinfection are to be studied, and the coordinately regulatingeffects of LPP and DGK gene expression levels on PA metabolic pathways will also be determined. This research result will provide an important reference for clarifying the mechanism of key enzyme gene expressions in banana PA metabolism regulating its formation and conversion under anthracnose infection. It is also a foundation for the further study on postponing postharvest banana aging deterioration induced by anthracnose through regulating PA metabolism.

磷脂酸（PA）是细胞膜中磷脂水解产生的重要信使物质，参与多种逆境胁迫相关的信号转导途径，其产生和转化主要受磷脂酶D（PLD）、磷脂磷酸酶（LPP）和二酯酰甘油激酶（DGK）调控。本项目在申请人前期已明确了PLD基因表达调控PA生成与香蕉果实在炭疽病胁迫下衰老膜劣变的关系的基础上，进一步开展调控香蕉果实PA代谢的两个关键酶LPP和DGK基因的鉴定及其序列特征分析，深入研究LPP和DGK基因在炭疽病胁迫下的差异性表达特性，并确定炭疽病胁迫下这两个关键酶基因表达水平对PA代谢途径的协同调节作用。本项研究预期成果可为阐明炭疽病胁迫下香蕉磷脂酸代谢关键酶基因表达对其生成转化的调控机制提供重要依据，并为进一步研究通过调控磷脂酸代谢来缓解采后香蕉果实炭疽病诱导的衰老劣变奠定基础。

磷脂酸（PA）是细胞膜中磷脂水解产生的重要信使物质，参与多种逆境胁迫相关的信号转导途径，其产生和转化主要受磷脂酶D（PLD）、磷脂磷酸酶（LPP）和二酯酰甘油激酶（DGK）调控。本项目在前期研究PLD与香蕉果实在炭疽病胁迫下衰老膜劣变关系的基础上，进一步开展调控PA代谢的两个关键酶（LPP和DGK）的鉴定及分析，从香蕉果实中鉴定出10个二酯酰甘油激酶基因家族成员（MaDGK1-MaDGK10）和5个磷脂磷酸酶基因家族成员（MaLPP1-MaLPP5）。通过多序列比对和结构域分析等，发现所有MaDGKs都含有二酰基甘油激酶催化结构域（DAGK_cat）和二酰基甘油激酶辅助结构域（DAGK_acc），这两个结构域在酶活性中起关键作用；MaLPPs存在多个跨膜结构，是典型的跨膜蛋白，含有1个磷脂磷酸酶家族蛋白结构域（PLN02525），属于Phosphatidic acid phosphatase type 2（PAP2）超家族。项目深入研究了炭疽病胁迫下采后香蕉果实LPP和DGK基因的特异性表达，以及基因家族各成员与香蕉果实在炭疽病胁迫下的应答关系，明确了MaLPP1、MaLPP2、MaLPP3及MaDGK6、MaDGK10在响应炭疽病胁迫中起主导作用。贮藏前期MaLPP1、MaLPP2及MaLPP3的表达量与对照组相比基本保持不变，炭疽病爆发时（7d），MaLPP1、MaLPP2及MaLPP3的表达量达到峰值，分别是对照组的30倍、38倍和45倍，差异显著（P<0.05）；但MaLPP4和MaLPP5的表达量均不显著（P>0.05）。随贮藏时间延长，MaDGK6和MaDGK10的表达量逐渐增大，在第9d时达到峰值，分别是对照组的9.8倍和11.6倍，差异显著（P<0.05）；随后MaDGK6和MaDGK10的表达量立即减小；而MaDGK2和MaDGK4的表达量均不显著（P>0.05）。对照组香蕉果皮中PA和DAG含量随贮藏时间缓慢上升，相比之下，炭疽菌接种的香蕉果皮中PA和DAG含量表现出较高的增长速率。随着香蕉炭疽病发展加快，PLD、PLC等活性的增强导致细胞膜中磷脂水解、Ca2+浓度增加和脂质过氧化，使得PA和DAG增加，LPP和DGK活性增强，加快了香蕉采后的衰老劣变。本研究为阐明通过调控磷脂酸代谢来缓解采后香蕉果实炭疽病诱导的衰老劣变提供数据支撑。