神经酰胺的积累与代谢在植物与病原菌互作中的作用

鞘脂作为信号分子参与程序性细胞死亡过程是近年来信号转导研究领域的重大进展，但在植物中对鞘脂类物质功能的研究甚少。鞘脂合成和降解途径的中心是神经酰胺（Cer），Cer是生物膜的重要组成成分，有研究推测生物膜中富含神经酰胺区域可作为受体或信号分子在寄主对病原物的互作中起关键作用。本课题拟以神经酰胺及其衍生物的积累和代谢调控为主线，研究1）神经酰胺合成酶和神经酰胺酶突变体的筛选、及其基因克隆与功能鉴定；2）鞘脂类物质的定性定量检测平台的建立；3）Cer的积累与定位及其相关信号的捕捉与分析，揭示神经酰胺合成酶与伏马毒素FB1间的关系；4）神经酰胺及其衍生物的积累与代谢在程序性细胞死亡以及抗病应答中的作用和功能。本课题不仅能增加对鞘脂代谢关键酶功能的认识，还将为验证和识别鞘脂信号、发掘新的抗病基因资源及抗病途径的研究提供新思路。

鞘脂（Sphingolipid）是植物和其他真核生物内膜系统的组成成分。在动物和酵母的研究中发现，鞘脂参与细胞的信号转导、细胞凋亡和细胞增殖、生长发育以及对各种胁迫的响应。由于植物鞘脂结构复杂多变，具有低丰度和检测基质复杂性的特点，如何调节鞘脂代谢平衡，并且准确的定性定量植物鞘脂的变化一直以来是植物鞘脂研究的难点。本课题以鞘脂合成和降解途径的中心产物神经酰胺（Ceramide）的积累在程序性细胞死亡以及抗病应答中的作用和功能为研究主线，获得了以下研究成果：..1）克隆和功能鉴定了两个拟南芥神经酰胺酶基因：碱性神经酰胺酶基因（AtACER）和中性神经酰胺酶基因(AtNCER), 论文分别发表在Plant Journal (Wu et al., 2015)和Frontiers in Plant Science (Li et al., 2015)上 。..2) 鞘脂类物质的定性定量检测平台以及同位素标记法检测鞘脂技术的建立，相关结果发表在Frontiers in Plant Science (Shi et al., 2015)上。..3) 利用神经酰胺合成酶抑制剂FB1，发现神经酰胺积累与乙烯信号间的关系，发现乙烯对调节鞘脂合成具有重要作用，结果发表在Frontiers in Plant Science (Wu et al., 2015) 上。..4）利用鞘脂代谢途径中关键酶的突变体，揭示了神经酰胺及其衍生物的积累与代谢在程序性细胞死亡以及抗病应答中的作用和功能。我们的研究证明了位于鞘脂代谢中心的神经酰胺含量的稳定对于维持细胞的正常生理状态至关重要，神经酰胺激酶是调节神经酰胺平衡的关键酶，鞘脂代谢异常将直接导致最终的细胞死亡。相关结果发表在Plant Cell (Bi et al., 2014) 。..以上发现不仅增加和丰富了我们对鞘脂代谢途径中关键酶的功能认识，还为发掘新的抗病基因资源及抗病途径的研究提供新思路。