神经酰胺激酶ACD5在植物程序性细胞死亡和抗病应答中的功能

Sphingolipids, as essential components of membrane system, are bioactive molecules and participate in many biological processes. Arabidopsis thaliana acd5 mutants that lack ceramide kinase, encoded by ACCELERATED CELL DEATH5 (ACD5), display spontaneous programmed cell death (PCD). The previous study implicates that ACD5 is involved in regulation of cell death control and plant defense responses, however, its molecular mechanisms are still poorly understood. In this study, we will pursue 1) whether temporal and spacial cellular distributions of ACD5 could be regulated in response to cell death and pathogen infection; 2) the impacts of ACD5 transcriptional regulation and protein modification on ACD5 function; 3) screening and verification of the interactive proteins for ACD5; and 4) a suppressor screening for acd5 mutants. This study will help us to uncover the molecular mechanisms how ACD5 contributes to PCD and plant immune responses, and also provides theoretical basis for the effective utilization of ACD5 in plant disease resistance.

鞘脂除了作为生物膜的重要组分之外，还作为生物活性分子广泛参与多种生物学过程。acd5 （accelerated cell death5）是自发性死亡突变体，其表型是由鞘脂代谢途径中的重要酶—神经酰胺激酶（ACD5）的突变而引起。研究表明ACD5参与调控植物程序性细胞死亡和抗病性，但其调控的分子机制还不清楚。本申请拟在前期工作的基础上，深入研究1）神经酰胺激酶ACD5在细胞内的时空分布与细胞死亡和抗病性之间的关系；2）ACD5转录调控与蛋白修饰对其功能的影响；3）筛选ACD5互作蛋白，并研究其对ACD5功能的影响；以及筛选4）acd5抑制子。该研究将有助于揭示神经酰胺激酶调控程序性细胞死亡和抗病免疫应答的分子机制，为该蛋白在植物抗病中的有效利用提供理论依据。

鞘脂是生物膜的重要结构成分之一, 也是重要的生物活性分子, 参与多种信号转导途径, 在程序性细胞死亡、自噬、植物与病原菌互作以及各种非生物胁迫应答中发挥着重要作用。本项目主要研究并获得了以下重要结果：.1）神经酰胺激酶ACD5在细胞内的时空定位；研究了其定位与细胞死亡和抗病性之间的关系(submitted).2）由于神经酰胺是鞘脂的中心分子，而丝氨酸棕榈酰转移酶SPT，是鞘脂从头合成代谢中由丝氨酸和棕榈酰辅酶A合成的第一步限速酶，我们的研究发现和证明了类粘膜蛋白能够抑制SPT 酶的活性，负调控鞘脂从头合成。一旦该蛋白缺失，将会促进鞘脂的从头合成，造成体内鞘脂的大量积累，内质网胁迫相关基因的高表达，从而引起植物的早衰。相关结果发表在Plant Cell上 (Li et al., 2016)。.3）发现调节神经酰胺水平的关键酶之一碱性神经酰胺酶AtACER在拟南芥自噬过程中发挥了重要作用。该论文首次揭示了鞘脂与自噬的密切关系，结果发表在Plant Cell Environ.( Zheng et al., 2018)。.4）研究了神经酰胺激酶在非生物胁迫中的功能，发现盐处理能够抑制acd5突变体中的鞘脂积累及细胞死亡表型，同时增强了植物对生物胁迫（病原细菌）的抗性，该结果在Plant Physiology上的发表（Yang et al., 2019）.5）此外我们首次证明了葡萄糖神经酰胺酶在植物中的存在 (J. Biol. Chem. Dai et al., 2019).本项目的研究揭示了神经酰胺激酶在调控神经酰胺水平以及调控程序性细胞死亡和抗病免疫应答中发挥了重要作用，为该蛋白在植物抗病中的有效利用提供理论依据。