胞吐调控拟南芥磷脂酶Dδ 参与植物先天免疫反应的机理研究

The phospholipase D (PLD) family of enzymes, which directly generate phosphatidic acid (PA) through the hydrolysis of structural phospholipids, plays a vital role in lipid based-signaling cascades in plants. Mounting evidence reported that PLD enzymes and PA were essential for activating multiple cellular responses in plant defense. Nevertheless, the spatiotemporal dynamics behaviors and underlying regulatory mechanism of PLD in response to pathogens remains to be fully elucidated. According to the problems and shortcomings in the current research, this study focuses on the following three aspects: 1. we will analyze the relocation mechanism of PLDδ at the pathogen invasion; 2. we will determine the partitioning of PLDδ within membrane microdomains under pathogen stimuli; 3. we will further explore the regulatory mechanism involving secretion in the relocation and resistant function of phospholipase Dδ. At the high temporal and spatial resolution level, this study aims to reveal the regulatory mechanism involving exocytosis in the relocalization and dynamic behaviors of PLDδ under pathogen stimuli, providing new insights into the regulation mechanism of exocytosis in plant immunity.

作为植物细胞中重要的磷脂酶之一，磷脂酶D (PLD) 可以水解膜骨架组分磷脂产生磷脂酸 (PA)，在脂类小分子参与的信号转导过程中起着关键的调控作用。近年来，越来越多的实验证据表明PLD和其产物PA在植物抵御病原微生物的侵染过程中具有启动抗病信号转导的功能。然而，PLD响应病原菌信号动态变化的调控机制尚不清楚。根据现阶段研究中存在的问题和不足，本研究着重开展下述三个方面的研究：1、研究拟南芥磷脂酶Dδ在病原菌入侵处的重定位机制；2、探讨细胞质膜以及膜微区在磷脂酶Dδ参与非寄主防御反应过程中的重要功能；3、分析磷脂酶Dδ重定位所依赖的转运途径在磷脂酶Dδ发挥抗病功能中的调控机制。本研究在高时空分辨率的水平上，通过细胞成像和量化分析，旨在揭示胞吐对于PLDδ响应病原菌信号的动态行为和重定位过程的调控机制，为研究胞吐在植物免疫反应过程中的调控机制提供新观点。

磷脂是生物膜的重要组成部分，在细胞信号转导过程中具有重要的功能。作为植物细胞中重要的磷脂酶之一，磷脂酶D (Phospholipase D, PLD) 可以水解膜骨架组分磷脂产生磷脂酸 (Phosphatidic acid, PA)，在脂类小分子参与的信号转导过程中起着关键的调控作用。目前，有关PLD在细胞学水平上响应病原菌信号的时空动态行为知之甚少，而且对于PLD响应病原菌信号动态变化的调控机制尚未报道。本研究着重研究了拟南芥PLDδ在病原菌侵染下的时空动态行为和调控机制。研究结果表明：病原菌入侵后，PLDδ-GFP会特异地聚集在病原菌入侵位点，存在于Papillae (植物抵御病原菌所形成的乳突结构) 膜组分中。并且pldδ突变体植株的病原菌穿透率和细胞死亡率相对于野生型植株明显升高，表明PLDδ参与非寄主防御反应。荧光漂白后恢复技术和单分子技术分析chitin诱导PLDδ快速胞吐到细胞质膜上聚集，并且chitin可以诱导PLDδ和细胞质膜微区标记蛋白AtREM1.3互作程度增强，表明胞吐调控快速而有效的PLDδ转运至细胞质膜微区参与聚集。通过对细胞中PLDδ-GFP进行精确量化计算分析，我们发现PLDδ-GFP存在BFA敏感型和不敏感型胞吐途径。PEN1相关的VAMP721/722介导的BFA敏感型的胞吐途径负责转运PLDδ到达病原菌入侵处聚集。通过PA、ROS和JA水平以及相关基因的表达水平检测后发现，PLDδ在病原菌入侵处的重定位对于产生PA并启动PA相关的ROS和JA信号通路至关重要。本研究揭示了胞吐通过调控PLDδ的重定位和动态变化参与植物对病原菌的响应过程，为研究胞吐在植物免疫反应过程中的调控机制提供了新观点。