Plant Cell | 我室梁允宽教授团队揭示小G蛋白和脂滴代谢在气孔发育和功能建成中的重要作用

气孔作为植物与与外界进行气体交换的主要门户，在光合作用作为农作物产量形成和在节水抗逆介导农作物稳产的基础生理过程中起重要作用。气孔发育与功能的异常对植物的生长、发育和生存，进而对农业生产的影响十分显著。作为一种多功能细胞器，脂滴（lipid droplet）普遍存在于真核细胞和部分原核细胞中，参与脂质稳态维持、细胞能量代谢、物质运输以及信号转导等过程。在动物中，脂滴积累和功能异常往往伴随着肥胖、非酒精性脂肪肝和动脉粥样硬化等多种代谢性疾病的发生。在植物中，油料作物的种子含有丰富的甘油三酯等中性油脂，是食用油的重要来源，也是潜在的可再生能源。种子萌发后的幼苗生长发育依赖于脂滴的动员。近年来，脂滴在花粉管发育以及植物抗逆等过程中的作用也逐渐受到重视。最近有研究表明，气孔张开过程中，脂滴中所存储的三酰甘油通过脂解途径的激活被水解合成ATP，但是脂滴是否在气孔形成过程中起作用尚不清楚。

近日，我室梁允宽教授团队在The Plant Cell杂志上发表了题为The Arabidopsis Rab protein RABC1 affects stomatal development by regulating lipid droplet dynamics的研究论文，揭示小G蛋白和脂滴代谢在植物气孔发育和功能建成中的重要作用。该研究首次明确了脂滴丰度在气孔发育过程中具有显著的动态变化。

该研究借助于正向遗传学策略鉴定发现Rab GTPase家族成员——RABC1的功能突变会引起气孔发育过程中脂滴大小以及脂质动员和利用效率异常，造成气孔形态和功能缺陷表型。研究团队还进一步通过筛选、鉴定相互作用蛋白等方法， 揭示了RABC1协同其鸟苷酸交换因子（RABC1-GEF1）及其下游的效应蛋白SEIPIN2和SEIPIN3在气孔世系细胞中的脂滴代谢以及气孔形成过程的功能机制。

如上图所示，研究结果表明拟南芥小G蛋白RABC1在气孔发育的过程中调控脂滴代谢，并影响液泡形态和气孔发育。在这一过程中，RABC1的激活及其在脂滴表面的富集均依赖于RABC1-GEF1的功能完整性。RABC1 通过调控其下游的效应因子SEIPIN2和SEIPIN3从而实现对脂滴大小和脂质代谢的调控。

我室梁允宽教授为通讯作者，博士后葛盛超与中科院武汉植物园张若西博士为共同第一作者。我室王建波教授以及英国布里斯托大学的Alistair M. Hetherington教授也参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金和杂交水稻全国重点实验室培育项目基金的资助。