水稻耐盐响应中磷脂酶C介导的磷酸肌醇平衡和钙信号

Phosphoinositides (PIs) refer collectively to a group of membrane lipids comprising phosphatidylinositol (PtdIns) and its phosphorylated counterparts. Classic PLC (PI-PLC) hydrolyzes PtdIns(4,5)P2 to generate diacylglycerol and inositol1,4,5-trisphosphate. In plant cells, however, the concentration of PtdIns(4,5)P2 is much lower than that of PtdIns4P. We have identified a rice osplc1 mutant which is sensitive to salt stress. The protein of OsPLC1 expressed in E. coli showed a greater activity toward to PtdIns4P than to PtdIns(4,5)P2. In this project, we plan to determine whether this PI-PLC hydrolyzes PtdIns4P in cells and in planta, using PIs sensors. We will investigate the effects of salt-induced PI-PLC activation on the balance between PtdIns4P and PtdIns(4,5)P2, and salt tolerance. Whether and how Ca2+ signals are affected by the PLC hydrolysis products will also be explored in this project. The research will promote the identification of plant unique PI-PLC, and its function in rice resistance to salt stress.

磷酸肌醇（PIs)是磷脂酰肌醇（PtdIns）及其磷酸化产物的总称。经典磷脂酶C（PI-PLC）水解PtdIns(4,5)P2，生成二酰甘油和肌醇1,4,5-三磷酸。与动物细胞不同，植物细胞PtdIns(4,5)P2含量远低于PtdIns4P。我们发现了一个盐敏感的、水稻PI-PLC基因突变体（osplc1），体外试验表明，OsPLC1对 PtdIns4P的活性远远大于对PtdIns（4,5）P2。我们将以OsPLC1为研究对象，利用荧光标记的PIs探针蛋白，在细胞和植株水平上探索PtdIns4P是否作为水稻PI-PLC底物的证据；分析盐响应过程中PI-PLC活性是否影响PtdIns4P和PtdIns(4,5)P2 平衡，以及此平衡变化对耐盐性的作用。研究PI-PLC及其水解产物是否、如何调控Ca2+ 信号。本研究有望揭示植物PI-PLC的特异性，并阐明其在水稻耐盐中的作用机理。

磷酸肌醇（Phosphoinositides，PIs)是磷脂酰肌醇（Phosphatidylinositol, PtdIns）及其磷酸化产物的总称。以前的认知是植物细胞和动物细胞一样，磷脂酶C（PI-PLC）水解PtdIns(4,5)P2，生成DAG和InsP3；而且PI-PLC与PIs的变化是否有关，尚没有遗传、分子水平上的证据。通过本项目研究，我们取得以下主要成果：1）从水稻基因组的4个OsPLCs基因中，鉴定出OsPLC1正调控水稻耐盐性。2）OsPLC1在各组织表达，其蛋白定位于胞质和质膜；盐处理下胞质OsPLC1向膜结合增加。3）生化分析发现OsPLC1是PI-PLC,利用磷脂酰肌醇-4-磷酸（PtdIns4P）和磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PtdIns(4,5)P2）为底物，但不水解磷脂酰胆碱（PC）；其活性受Ca2+激活。4）水稻细胞中PtdIns4P 的含量是PtdIns(4,5)P2的20倍左右，盐处理下PtdIns4P和PtdIns(4,5)P2含量下降，OsPLC1参与其水解过程。5）明确水稻Ca2+信号响应盐胁迫，OsPLC1调节Ca2+信号。总之，我们的工作发现，水稻中存在与动物细胞不同的PtdIns4P转化途径和生理功能，首次利用遗传材料阐明耐盐响应中水稻PLC是PtdIns4P和Ca2+ 信号之间的主要调节者。