New Phytologist：程佑发团队揭示磷酸肌醇磷酸酶对PI(4)P与PI(4,5)P2稳态维持和拟南芥发育至关重要

• SAC6，SAC7和SAC8在幼苗和胚胎中表现出重叠和特定的表达模式，对植物发育至关重要。

• sac突变体的生长素积累减少，根尖生长素最大值降低。

• sac6 sac7和sac7 sac8突变体中PtdIns4P和PtdIns（4,5）P2的含量显著增加。

• 将PIN1和PIN2蛋白从回收的内体运回质膜（PM）中需要SACs

磷酸肌醇（PIs）已被认为是真核生物中重要的信号分子，在植物生长和发育中起着关键作用。PIs是通过膜磷脂磷脂酰肌醇（PtdIns）的头基磷酸化而形成的。在植物中，共检测到5种PIs，即PtdIns单磷酸盐PtdIns3P，PtdIns4P和PtdIns5P，以及PtdIns双磷酸盐PtdIns（3,5）P2和PtdIns（4,5）P2。PIs和PtdIns可以通过不同的PtdIns激酶和PI磷酸酶转化而形成复杂的网络。 

      含有肌动蛋白抑制物（SAC）结构域的磷酸肌醇磷酸酶首先在酵母中被鉴定，后来发现在真核生物中是保守的。在拟南芥中有9个含有SAC结构域的磷酸肌醇磷酸酶，SAC6-SAC8是仅有的三个在C端结构域具有两个跨膜（TM）模体的。目前已有几种SAC域磷酸肌醇磷酸酶被报导对植物发育很重要，而SAC6和SAC8的功能尚不清楚。

PINOID（PID）编码一种参与调节生长素反应的蛋白激酶，并通过磷酸化PIN生长素转运蛋白来调节生长素流量。为了确定植物生长素介导的植物发育中的新成分，研究人员首先进行了遗传筛选，分离到一个拟南芥突变体ncp2，在pid背景下由于胚发生过程中子叶发育缺陷导致其幼苗中缺少子叶。ncp2-pid突变体的分子损伤是由At3g51460外显子2中存在G到A的转换引起的，At3g51460此前被报道为RHD4 / SAC7，NCP2编码RHD4/SAC7磷酸肌醇磷酸酶。

拟南芥ncp2突变体的鉴定及分子克隆

SAC基因在拟南芥胚胎发生中的作用

随后，研究人员探究了sac突变体中的生长素反应，发现sac突变体的生长素积累减少，根尖生长素最大值降低，与双突变体和三突变体的短根表型一致。此外，在sac6 sac7和sac7 sac8突变体中PtdIns4P和PtdIns（4,5）P2的含量显著增加，需要SAC6，SAC7和SAC8来维持细胞中PtdIns4P和PtdIns（4,5）P2的适当水平。

在拟南芥sac突变体中，DR5-GFP生长素反应降低

在拟南芥sacs双突变体中PtdIns4P和PtdIns（4,5）p2含量显著增加

PIN蛋白是一种生长素外向转运载体，控制生长素运输方向，不均匀地分布于细胞质膜（PM）上。研究人员进一步探究sac突变体中PIN1-GFP的表达和定位，发现PIN1-GFP的极性在sac7胚胎中受损，在sac6 sac7突变体中被显着破坏，并且在sac7 sac8双突变体胚胎中几乎变为非极性。PIN1-GFP在PM和细胞质中的定位也明显改变，表明SAC基因是PIN1-GFP的表达和亚细胞定位所必需的。

PIN1-GFP在拟南芥sac突变体心脏期胚胎中的定位和表达模式

最后，研究人员通过杂交将PIN2-GFP和PIN1-GFP分别导入sac6 sac7和sac7 sac8双突变体中，以探究SACs在质膜蛋白转运中的作用。药物brefeldina（BFA）能阻断蛋白质从内质体向质膜的转运，引起细胞内的BFA小体。结果发现，经BFA处理后，PIN蛋白定位于BFA小体，并且在蛋白合成抑制剂环己酰亚胺（CHX）存在下经洗涤后可在PM处恢复。在CHX存在下60分钟和90分钟冲洗后，大多数BFA小体在WT中消失，而在双突变体中仍然存在大量的BFA小体。表明SACs是PM蛋白循环利用所必需的。

拟南芥通过从TGN/EE回收实现PIN2在质膜上的不对称定位需要SACs

综上所述，该研究证明了SAC6-SAC8 PtdIns4P磷酸酶是生长素介导的植物发育所必需的，并且维持PtdIns4P和PtdIns（4,5）P2水平。SAC6-SAC8和PtdIns4P对PM蛋白从再循环的内质体转运回PM至关重要。这些发现支持了一个假说，即含有SAC和TM结构域的磷脂酰肌醇磷酸酶是多细胞生物发育所必需的。

研究人员提出了PIN蛋白循环和极性定位的SAC6/7/8模型。在WT细胞中，SAC6/7/8磷酸酶维持PtdIns4P和PtdIns（4,5）P2在低水平的稳态。PIN蛋白定位于具有极性的质膜上。极性依赖于内吞作用和蛋白质的动态转运。在sac突变体细胞中，PtdIns4P和PtdIns（4,5）P2以非常高的水平积累。这导致PIN蛋白从TGN/EE循环回PM的延迟，从而影响PIN蛋白的极性定位和植物的发育。

SAC6 / 7/8关于拟南芥中PIN蛋白循环和极性定位的工作模型