磷(P)是植物生长和作物生产所必需的大量营养元素。磷对植物光合作用和膜生物发生等主要代谢过程至关重要。但是植物可利用的正磷酸盐(Pi)在土壤中通常是有限的。全球约70%的耕地缺乏有效磷。为了缓解磷素短缺，人们广泛使用磷肥来提高作物产量，但磷肥的过度使用增加了生产成本，导致环境污染，加速有限的磷储量枯竭。为了减少对磷肥的依赖，采用可持续的方法变得越来越重要。这可以通过提高植物内磷循环效率来提高磷利用效率(PUE)或植物从土壤中获取磷的效率来实现。了解植物如何循环利用磷，将有助于设计PUE增加、P依赖性降低的作物策略。
叶片是植物特有的大型组织，在养分循环中起着重要作用。在叶片发育衰老的最后阶段，来自老叶的营养物质，如磷，被重新调动到生长组织，如嫩叶和发育中的种子。在衰老过程中，叶绿体被降解，脂质被脂肪酶水解释放酰基侧链，脂质中的碳源被回收用于乙酰辅酶a代谢。在衰老的最后阶段，DNA、血浆和液泡膜被分解。比较转录组学分析显示，许多基因，如转录因子、核酸酶、脂肪酶、磷酸酶和Pi转运蛋白在衰老过程中上调，表明P再动员的积极调节。然而，从衰老的叶子中回收Pi的分子机制尚不清楚。特别是，在衰老叶片中调节磷循环的关键分子及其在植物生长和生产中的作用是什么?
磷脂和细胞磷在叶片发育和衰老过程中减少（图源自Genome Biology ）
膜磷脂含有大量的细胞磷，约占植物细胞总磷的三分之一。在缺磷条件下，植物体内磷脂含量降低，释放磷，支持植物生长。两种磷脂酶，非特异性磷脂酶C4 (NPC4)和磷脂酶Dζ2 (PLDζ2)参与磷脂水解，它们的表达在缺磷条件下受到极大诱导。PLD- ζ2水解常见的磷酸甘油脂，如磷脂酰胆碱(PC)，而NPC4水解最丰富的磷酸磷脂-糖基肌醇磷酸神经酰胺(GIPC)。磷脂的损失部分由非磷脂的增加弥补，如双半乳糖二酰甘油(DGDG)和葡萄糖神经酰胺(GlcCer)。从膜磷脂中重新动员P用于其他细胞用途的膜脂重塑过程对植物适应缺磷生长条件很重要。
在植物叶片衰老过程中，膜磷脂水解如何促进磷循环还没有定量表征，参与这一过程的关键脂肪酶仍然未知。研究报道了NPC4和PLDζ2是介导衰老叶片磷再利用的关键酶，它们水解膜磷脂，促进叶片衰老，促进植物生长。
参考消息：
https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-024-03348-x#Abs1
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