全 文 ：植物生理学通讯 第42卷 第6期，2006年12月 1183
植物中的磷脂酶D 信号转导
闫旭宇1,2,* 李玉中2,** 李玲3 赵鹏2
1 湖南科技学院数学系，湖南永州 425006；2 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100081；3 山西农业
大学农学院，山西太谷 030801
Signal Transduction of Phospholipase D in Plants
YAN Xu-Yu1,2,*, LI Yu-Zhong2,**, LI Ling3, ZHAO Peng2
1Department of Mathematics, Hunan College of Science and Technology, Yongzhou, Hunan 425006, China; 2Institute of Agro-
Environment and Sustainable Development, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 3College of Agronomy,
Shanxi Agricultural University, Taigu, Shanxi 030801, China
提要 文章介绍磷脂酶 D (PLD)跨膜信号转导作用的研究进展。
关键词 磷脂酶 D；信号反应；信号转导；专一性
收稿 2006-07-25 修定 　2006-11-13
资助 国家自然科学基金(30470165)。
* E-mail: yanxuyu1979@163.com
** 通讯作者(E-mail: liyz@cjac.org, Tel: 010-68919399)。
磷脂不仅是生物膜的骨架成分，而且能通过
水解后产生的产物来参与多种生理过程以及环境刺
激引起的细胞反应。磷脂酶是催化磷脂降解的关
键酶，根据水解磷脂分子部位的不同，磷脂酶分为
5类：磷脂酶D (phospholipase D, PLD)、磷脂酶
C (phospholipase C, PLC)、磷脂酶A1 (phospholipase
A1, PLA1)和磷脂酶A2 (phospholipase A2, PLA2)、
磷脂酶B (phospholipase B, PLB)。PLC和PLD为磷
酸二酯酶，随着其所水解磷脂的不同，可产生三
磷酸肌醇(inositol 1,4,5-triphosphate, IP3)、磷脂酸
(phosphatidic acid, PA)、二酯酰甘油(diacylglycerol,
D A G )等。新近的研究表明，IP 3、PA、DA G 均
是细胞内的第二信使，因此，P L D 和 P L C 对信
号转导的作用更为直接。有关PLA1 和 PLB 的报告
迄今仍很少，PLA2 和 PLC 的细胞信号转导功能发
现较早，报道已很多，主要集中在动物方面。
PLD于上世纪40年代就在植物中发现(Hanahan和
Chaicoff 1948)，但是半个多世纪以来，人们只
关注它在植物衰老和机械损伤时催化膜脂降解的这
一功能。直到90年代以后，人们才逐渐发现PLD
在植物体中参与机械损伤、激素刺激和病原菌侵
染等一系列细胞反应过程(Zhang 等 2005)，其参
与信号转导的功能也才引起人们广泛关注。1994
年，植物 P L D 基因的分离和克隆成功，从而为
PLD 的研究开辟了新途径，并掀起了 PLD 研究的
热潮。根据这些结果，PLD 才确认为跨膜信号转
导酶。近几年来，随着生物化学与分子生物学手
段以及转基因技术的发展与应用，PLD 的结构、
生物化学特性和细胞信号转导功能的研究报道迅速
增多，认为 PLD 信号转导途径是通过与其它磷脂
酶以及 Ca2+ 信号之间复杂的相互作用而形成的信
号网络(signaling network)。本文介绍不同细胞信
号转导过程中 PLD 的功能和 PLD 与其它信使物质
之间的关系，以及 PLD 信号转导网络的专一性。
1 PLD的基因家族
PLD 是植物中的主要磷脂酶，广泛分布在植
物的各个部位(根、茎、叶、种子等)中，且在
成熟初期的种子和萌发初期的幼苗等，生长代谢
活跃部位中的含量更丰富。现已证明 PLD 是一个
多基因家族(Liscovitch等 2000)，其 DNA序列具
有高度的保守性。人们以植物 PLD 的 DN A 为探
针，分别从动物和微生物克隆到PLD 基因。PLD 在
植物中至少有5 种类型，即PLDa、PLDb、PLDg、
PLDd 和PLDe (Wang 2000)。它们由不同的基因
编码，具有不同的作用。但植物所有的 P L D 基
因都包括2个 H× K××××D基序(motif)——
HKD1 和 HKD2，2 个基序间隔 320 个氨基酸，HKD
基序是 PLD 的标志序列，也是催化水解的活性部
位。
迄今至少已有 8 种植物的 15 种 PLD 得到克
植物生理学通讯 第42卷 第6期，2006年12月1184
隆，根据其序列比对可分为 3 组。第 1 组为
PLDa，主要包括拟南芥 PLDa 以及其他植物中与
其同源性较高的PLD (75%~90%)，其分类主要依
据序列的相似性，催化特性以及基因结构。第 2
组为 PLDb，主要包括拟南芥 PLDb 和 2 个在染色
体Ⅱ和Ⅳ上的同构体。PLDb C 末端还有1个多磷
脂酰肌醇(polyphosphatidylinositol, PPI)结合单元和
1个该单元的反向序列。第3组包括2个拟南芥膜
PLD ——PLDg1 和 PLDg2。从总体上来看，PLDg
与 PLDb 具有较高的同源性。
2 PLD信号途径参与的细胞反应
植物在各种胁迫环境下迅速发生响应，许多
情况下，信号转导与特异性磷脂酶的激活有关。PLD
可增强植物对不良环境胁迫的抵御能力，在不同
植物种类、器官、组织和细胞类型中表现出特异
性，胞外不同胁迫类型引起的细胞信号转导过程
也有差异，在此过程中的 PLD 活性是增加的。
2.1 激素信号反应 脱落酸(ABA)是植物主要的内
源生长调节物质，是与植物衰老、干旱、低温
和水分胁迫反应相关的一类激素。PLD 参与 ABA
反应过程的最初证据是Fan 等(1997)的工作，他
们以拟南芥为材料，用转反义PLDa基因抑制PLDa
表达，外施 A B A 后叶片衰老即得到延缓。与正
常表达的 PL Da 相比较，表现为叶片延迟变黄、
叶绿素含量升高、离子渗漏降低、磷脂含量明显
提高。对这种结果有 2 种不同的解释：第一种认
为，激素作用下，PLDa 在膜降解中起主要作用；
另一种认为，PLDa 可能介入 ABA 的信号转导。
ABA 和 GA 在种子休眠和萌发过程中是一对互为拮
抗的调控因子。谷物中 GA 可提高糊粉层细胞淀
粉酶的合成和分泌，淀粉转化为种子萌发所需的
能量；而 AB A 可激活 PL D 产生 PA，PA 可诱导
淀粉酶抑制剂(amylase subtilisin inhibitor, ASI)的产
生，从而抑制 a- 淀粉酶活性，推迟种子萌发。
PA加入大麦胚乳中会产生类似ABA 的物质，其对
GA 反应有抑制作用，并可激发 ABA 诱导的基因
表达。在 ABA 处理禾谷类种子糊粉层细胞原生质
体的最初20 min 内，如用正丁醇抑制 PLD 活性，
则ABA 调节过程受抑，这种抑制作用与 ABA 激活
PLD 活性在时间上是吻合的，并可为同时加入的
PA 所逆转。这可能是 PLD 调节 ABA 诱导的基因
表达，进而控制种子萌发中的信号转导(Ritchie和
Gilroy 1998)所致。
有人在研究蚕豆(Vicia faba)原生质体时也发
现，PLD 和 PA 参与 ABA 介导的拮抗 GA 的反应
事件和ABA诱导的气孔关闭过程(Ritchie和Gilroy
1998)。拟南芥 PLDa 受抑时，由 ABA 或脱水诱
导的气孔关闭程度下降，水分丧失增加。另外，
PLDa 超表达的烟叶植株对 ABA 降低蒸腾失水更
为敏感。在蚕豆中，有人以 N- 乙酰乙醇胺抑制
PLDa 活性(对 PLDb1 和 PLDg1 不起作用)后，由
ABA 介导的烟叶气孔关闭即延缓。这进一步证实
PLD 是参与 ABA 诱导反应过程的，说明 PLDa 介
导ABA 信号转导过程(Ryu 和 Wang 1998)。反之，
如果不作 ABA 处理，PLDa 活性即呈现出反义抑
制，不影响植物的生长发育，说明 PLDa 可能只
介导胁迫诱导的衰老过程，而不介导正常发育的
程序化衰老。但在 PLD 的细胞信号转导功能发现
以前，人们早就关注着 P L D 在植物的衰老、老
化和机械损伤时的磷脂降解功能。究竟是哪一种
PLD 介导了程序化衰老过程中磷脂的降解，尚需
进一步研究。
2.2 低温信号反应 Welti等(2002)的实验证明，PLDa
缺失株的抗霜冻能力比野生型明显高。他们用霜
冻处理拟南芥后，并经色谱分析的结果表明：
PLDa 缺失株与野生型的膜脂组成变化不同，PLDa
缺失株的膜脂中磷脂酰胆碱(phosphatidylchline, PC)
含量的减少幅度仅是野生型的一半，PA的增加幅
度也仅是野生型的一半。一般来说，P C 是对膜
脂双分子层起稳定作用的磷脂，而PA的积累则可
促进低温胁迫下六角形Ⅱ相位(hexagonalⅡphase)
的形成，以致膜脂结构受到破坏。所以认为，缺
失型膜脂组成的此种变化有利于膜脂双分子层的稳
定，可能是植物抗寒力提高的主要机制。我们的
结果也表明，小麦在低温胁迫后，加入不同浓度
的 PLD 抑制剂正丁醇的离子渗漏率比不加抑制剂
的都低。说明如果 PLD 在小麦低温处理过程中发
挥了信号转导功能，那么磷脂的降解功能就占了
主导地位，因而可以认为它是通过改变膜脂组分
来提高小麦对冻害的忍受能力的(闫旭宇等待发表
资料)。所以，霜冻胁迫下 PLD 的作用机制可能
比其它类型的胁迫更为复杂。有趣的是，与PLDa
植物生理学通讯 第42卷 第6期，2006年12月 1185
在拟南芥抗冻性上的作用相反，PLDd 基因被敲除
后，拟南芥抗冻性下降，PLD d 超表达拟南芥的
抗冻性则提高，而且比 PLDa 反义抑制后提高的
效果更显著(Li等2004)。
2.3 干旱信号反应 同一种PLD类型在两种胁迫条
件下表现出截然相反的作用，与 ABA 等逆境信号
因子的作用不同。这主要是由于两种胁迫条件下
PLDa 的作用机制有差异。PLDa 活性受反义抑制
后，拟南芥叶片对 A B A 的敏感性即下降，因此
阻碍了水分缺失诱导的气孔关闭，以致植株抗旱
能力下降。Sang 等(2001)观察到，拟南芥 PLDa
缺失株的抗旱力比野生型的低。抗旱性强的更苏
植物(Craterostigma plantagineum)，在经脱水处理
几分钟之内，就可以检测出 P L D 活性的增加
(Frank等2000)。尽管更苏植物的许多脱水反应都
能够受 ABA 诱导，但是用外源 ABA 处理则不能快
速激活这一 PLD 的活性。经脱水处理 2 h 以后，
在这种植物中鉴定到的 2 种 PLDa，其中一个的
m R N A 有增加，这种作用受外施的 A B A 诱导。
Maarouf等(1999)用豇豆作为模式植物比较干
旱胁迫下耐旱品种与干旱敏感品种中 PLD 增加的
结果表明，干旱敏感型品种的 PLD 比耐旱品种中
增加的多，说明植物受到干旱胁迫时，PLD 可及
时地将外界的变化传递到植物体内，其水解产物
PA 可促进 ABA 等相关基因的表达，促进气孔关
闭，从而减轻植物受害程度。在这项工作中，他
们没有检测到 ABA 对 PLD 表达的影响。保卫细胞
和大麦种子糊粉层细胞在 ABA 信号系统中都通过
翻译后的调节作用而激活PLD (Ritchie和Gilroy
1998, 2000；Jacob等 1999)。在离体和活体状态
下用 ABA 处理大麦糊粉层细胞原生质体时，只有
在处理后10 min时出现 1个 PLD的活性高峰。而
在保卫细胞的原生质中则有 2 个 PLD 活性高峰，
他们分别在处理5和 20 min后出现。尽管这些反
应中的 PLD 还未得到鉴定，其作用也不明确，但
却足以说明 PLD 基因的表达在不同植物种和不同
细胞类型以及胞外信号类型之间是具有特异性的。
另外，郑风荣等(2004)研究水分胁迫下ABA、
PLD/PLC 的抑制剂新霉素硫酸盐和 ABA 合成的抑
制剂ancymidol在玉米幼苗根系渗透调节物质积累
中的信号作用的结果表明，水分胁迫下，PLD/PLC
对脯氨酸、可溶性糖和游离氨基酸积累有一定的
促进作用。水分胁迫条件下，ABA 也有可能通过
其他第二信使对渗透调节物质进行调节。PL D /
PLC的激活与Ca2+浓度有关，关于PLD/PLC在 ABA
与渗透调节物质之间信号传递中的作用机制尚需进
一步研究。
2.4 机械损伤信号反应 PLD在损伤诱导的磷脂水
解中可能是最早研究 PLD 信号途径参与细胞反应
的例子。一个极端的例子是在组织离心时 PLD 调
节的快速磷脂降解。绝大多数含氮的脂类会在胡
萝卜组织脂类提取中丢失，从而导致了 PLD 的发
现。植物组织受损后受伤组织与非受伤组织中
PLD 调节的水解作用都得到激活。受伤细胞水解
作用的提高可能是细胞与组织器官的破裂导致
PLD 释放之果。另一方面，在未受伤细胞中产生
小而短暂的变化，则反映细胞受伤后可能有调节
磷脂代谢的信使物质产生。蓖麻叶受损后 PLD 水
解磷脂，细胞内迅速积累 PA 和胆碱。又在番茄、
大豆、向日葵、蚕豆、辣椒中也见到不仅受伤
部位的 PA 含量升高，其他远离伤口处的 PA 含量
也增加。
Wang 等(2000)认为，植物受损后，PLDa、
b、g1、g2 基因表达发生变化，PLDb mRNA 大
量表达，PLDg1、g2 适度表达，PLDa 对损伤刺
激不太敏感，表达没有太大变化，这表明4种PLD
在损伤和茉莉酸(jasmonic acid, JA)信号转导的不
同阶段的作用可能是不同的。胞内 PLDa 转位可
能是活化 PLD 的起始步骤，此阶段没有新的 PLD
mRNA 和蛋白质合成，PLDb 和 g 表达量增加可能
在植物损伤反应的后期阶段起作用，因为抑制
PL Da 表达后，仅部分 PA 生成量受到抑制，并
且损伤的早期阶段，PLDa 缺失株中 PA 表达变化
比野生型的大，后期差异不显著。
Ryu 和 Wang (1998)曾提出植物损伤反应中
PLD 作用模式，这个模式认为，PLD 活化后通过
2条交叉途径加强多聚不饱和脂肪酸的生成：(1)
PLD 间接调节 PA 生成，PA 可激活脂肪分解途径，
其中生成的一部分自由脂肪酸可用于合成JA；(2)
PLD 直接水解磷脂产生 PA，PA 激活酰基水解酶
(acylhydrolase)或PLA活性，引起自由脂肪酸释
放。用于合成 JA 的亚麻酸可以由 PLD 水解产物
植物生理学通讯 第42卷 第6期，2006年12月1186
PA 直接生成，也可以由 PA 激活其他磷脂代谢途
径而间接生成。在动物细胞中上述 2 条途径均能
生成花生四烯酸。植物受伤后多种脂肪分解酶活
性受到激活。总之，不同脂肪代谢途径对于研究
膜脂降解过程来说很重要。
2.5 病原菌微生物侵染信号反应 PLD在植物抵御
病害的防卫信号产生中是不可缺少的(Chapman
1998; Chandra和Heinstein 1996)。水稻受到白叶
枯病病原菌侵染时，PLDa 活性明显提高，抗病
性品种尤为显著(Young等 1996)。PLDa 聚集于病
菌与植物相接触的质膜部位，这暗示 PLD 可能参
与抵御病菌的过程。用真菌激发子——木聚糖酶处
理烟草细胞时，N-乙酰乙醇胺(N-acetylethanolamine,
NAE)很快即释放，而 NAE 是 PLDb 和 PLDg 水解
的产物(Munnik 等 1995, 1998a; Ryu 和 Wang
1998)，这说明 PLDb 和 PLDg 在抗病育种中有一
定的应用价值。
病原菌侵染植物体时，磷脂酶活性得到激活，
它们在植物的超敏反应(hypersensitive response, HR)
过程中起作用。Young 等(1996)用丁香假单胞菌
(Pseudomonas)引发烟草HR时，接种6 h后 PC和
P E 水平下降，而磷脂脂肪酸水平增高；用黄单
胞菌(Xanthomonas)侵染水稻抗性株和容易感染的
植株时，易感染植株的 PLD 在第 5 天就很难检测
到，肉眼可见到病斑扩大，叶子发黑干枯，而
抗性株则一直保持较高的 PLD 活性。有趣的是，
荧光抗体标记观察的结果表明，在病菌侵染容易
感染的水稻叶子后24 h内，PLD荧光颗粒均匀分
布于质膜内侧，而侵染抗性植株则在12 h后，PLD
颗粒多集中于病原侵染的细胞质膜一侧。这表明
PLD 的分布和表达差异可能是植株抗病差异的原
因。在植物与病原菌的相互作用过程中，短期改
变磷脂酶活性可能会影响植物对病原菌的敏感性，
而长期改变磷脂酶活性则可能会引起细胞骨架改变
和膜的重新组装(或降解)。
3 PLD作用的信号转导网络
PLD 的直接产物 PA 本身就是信使物质，能
够激活靶物并促使它将信号向下游转导，PA还可
以进一步代谢生成其它信使物质。如在磷脂磷酸
酶的作用下脱磷酸化形成 DAG，在 PA 激酶的作
用下还可以磷酸化形成焦磷酸(diacylglycerol
pyrophosphate, DGPP) (Munnik等2000)，也可以
在PLA的作用下去酰基形成游离化的脂肪酸(free
fatty acid, FFA)和溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid,
LysoPA) (Meijer等 2001)。同样，DAG也可以在
DAG激酶的作用下磷酸化形成PA (van der Luit等
2000；Den Hartog 等 2001；Munnik 等 1998b)，
DGPP 也可在磷脂磷酸酶的作用下脱磷酸化形成
PA (Munnik 等 2000)。PA 和 DAG 2 种信使物质
之间可以相互转化，但是植物中缺少 DAG 下游靶
物蛋白激酶C (protein kinase C, PKC)，它可能在
DAG 激酶的作用下迅速转化成 PA，作为信使物质
将信号向下游转导，因而植物中可以更多地利用
PA作为信使物质(Laxalt和Munnik 2002)。PLD家
族内部、PLD 与其它磷脂酶及 Ca2+ 信使之间有交
互作用，形成复杂的信号转导网络。这一网络在
不同植物种类、器官、组织、细胞类型中均表
现出专一性，在不同胞外胁迫类型所引起的细胞
信号转导过程中也有差异。PLD 作用的专一性包
含在网络专一性中，如不同细胞过程涉及的信号
转导网络中，PLD 的类型及其与其他磷脂酶以及
Ca2+ 信使之间的关系可能不同。
3.1 PLD与 PLC途径的交互作用及其专一性 PA
产生于 PLD 和 PLC 2 条途径。这 2 条途径既可以
平行作用，也可以串联在同一条途径上，还可以
单独作用。在谷物种子萌发和幼苗生长初期，胚
合成的 GA 释放到糊粉层中，可促进 a- 淀粉酶等
水解酶的合成。这些水解酶分泌到胚乳中后，可
引起储藏的淀粉水解，最终产生植物可以直接吸
收利用的单糖或者二糖，供种子萌发和幼苗生
长。谷物糊粉层细胞是细胞信号转导研究的模式
细胞之一。Ritchie和Gilroy (1998, 2000)观察到
ABA 能够抵消糊粉层对 GA 的反应，实验体系中
加入1-丁醇则可以清除ABA的抑制作用。用微注
射技术注入IP3 后检测不出胞内Ca2+ 水平有增加，
显示 PLC 途径没有介入这一体系。从而说明，糊
粉层细胞中的 ABA 只激活 PLD 这一条途径。另
外，由于外施 AB A 后可以迅速检测到 PA 生成，
外施 PA 能够诱导这些 ABA 反应，所以认为 PLD
是这个调节网络中的早期作用因素，与 ABA 受体
接近(Ritchie和Gilroy 1998, 2000)。
保卫细胞也是细胞信号转导研究的模式细
植物生理学通讯 第42卷 第6期，2006年12月 1187
胞。Jacob 等(1999)研究蚕豆保卫细胞时发现，
ABA 能够引起气孔关闭和 K+ 通道蛋白活性下降。
外施PA只能够诱发ABA直接处理所引起的反应的
50%。而用 PLD 抑制剂 1- 丁醇和 ABA 同时处理
蚕豆表皮细胞，也只减少 ABA 反应的 50%。说明
在蚕豆保卫细胞中 PLD 与其他信号转导途径是平
行地传递 ABA 信号的。保卫细胞中介入 ABA 信号
转导的其他因素有PLC (Staxen等1999)、六磷酸
肌醇(inositol hexaphosphate, IP6；Lemtiri-Chlieh等
2000)和环ADP核糖(cyclic ADP-ribose, cADPR;
Leckie等1998)。Jacob等(1999)用1-丁醇与PLC
抑制剂新霉素组合或者与 cADPR 抑制剂烟碱组合
进行实验的结果表明，当1-丁醇与烟碱组合使用
时，ABA 反应几乎完全消失；而1- 丁醇与新霉素
组合使用时，ABA 反应的量是未作处理的 50%。
因此他们推测，PLD 与 PLC 连接是在同一个途径
中，而与 cADP R 有关的信号系统则是平行作用
的。
根瘤菌中也观察到类似的现象。根瘤菌分泌
的结瘤因子脂壳寡糖可促进寄主豆类植物根部根瘤
的形成。最初的反应是根毛弯曲变形。D e n
Hartog等(2001)在用32P标记的蚕豆幼苗进行的实
验中看到，结瘤因子可迅速促进 P A 的形成。
Munnik等(1995; 1998a, b)用转磷脂酰基化方法和
差异标记法研究的结果表明，PLC 和 PLD 都参与
PA的形成。如果用新霉素或者正丁醇预处理以抑
制其中一种磷脂酶的活性，则根毛变形就受到抑
制。用植物中 PLD 和 PLC 途径中的有效激活因子
黄蜂毒素处理大豆，能够诱导根毛变形和结瘤基
因的表达(Den Hartog等2001)。不活跃的黄蜂毒
素类似物 mas17 既不能诱导根毛变形，也不能引
起 PA 形成。这表明，PLD 和 PLC 可能连接在同
一条信号转导途径上。如果是平行作用，则抑制
其中一条途径是不会完全抑制根毛变形的。
3.2 PLD与Ca2+的关系 Ca2+在植物的许多生理过
程中起作用，大多数植物的 PLD 为 Ca2+ 依赖型，
可在较低的微摩尔和毫摩尔水平上激活 PLD，是
磷脂酶的调控因子(张充等2005)。结合态Ca2+ 可
使植物避免膜损害和离子渗漏，并增强细胞壁结
构。PLD 和 Ca2+ 都可介导蚕豆保卫细胞和谷物种
子糊粉层细胞中 ABA 信号转导(Blatt 2000；
Schroeder 等 2001)。但以 ABA 处理蚕豆后，大
量保卫细胞中都未检测到 Ca2+ 的增加，但气孔对
ABA的反应却很正常(Romano等 2000)，证明保卫
细胞中存在不依赖 Ca2+ 的 ABA 信号转导途径。用
PLD 的抑制剂 1- 丁醇处理保卫细胞，也只消除
ABA 对气孔开放的抑制作用的 50% (Jacob 等
1999)，说明保卫细胞中存在 PLD 以外的 ABA 信
号转导途径。但是，PLD 和 C a 2+ 是怎样的关系
呢？Romano等(2000)用 PA处理蚕豆保卫细胞后，
并未检测到胞质中 Ca2+ 浓度有变化。这说明 PLD
和 Ca2+ 可能不是在同一条途径上，如果在同一途
径上，则 PLD 一定位于 Ca 2+ 的下游。因而他们
推测可能存在 PLD 的翻译后修饰，如 Ca2+ 通过调
节钙依赖蛋白激酶(calcium-dependent protein kinase,
CDPK)对 PLD 进行磷酸化作用，是否如此，还有
待证实。而在谷物种子糊粉层细胞中，ABA 通过
翻译后调节作用激活 PLD，产生的 PA 能够激活
ABA 诱导的基因，并通过降低 Ca2+ 浓度来抵消GA
诱导的胞质浓度的增加，从而抑制淀粉酶的产生
(Ritchie和Gilroy 1998)。可见，糊粉层细胞和保
卫细胞都存在保守的与 PLD 相关的 ABA 信号转导
途径，并且细胞反应均出现在 PLD 和 Ca2+ 信号之
间的关系上。
4 结语
PLD 在植物生长过程中起多种作用，如在水
稻秧苗期，其 PLD 活力明显增高，因而认为 PLD
可能涉及控制种子萌发的信号转导(林芳等2001)。
PLD也可增强植物对不良环境的抵御能力(如机械
损伤、霜冻、冷害)，在此过程中 PLD 的活性往
往是增加的。虽然 PLD 的研究已有五十多年的历
史，但是对磷脂酶的研究还主要局限于拟南芥和
烟草等模式作物，在别的植物中的研究比较少(王
瑞霞等2004)。因此其基因表达的调控和酶功能的
作用机制以及信号传递过程的许多中间环节仍没有
彻底搞清。此外，植物中 PLD 至少有 5 种不同的
基因型，如要进一步了解 PLD 和磷脂信号转导，
则应弄清楚 PLD 在特定的细胞和生理过程中的功
能。P L D 基因敲除、获得反义转基因植物、一
种或多种 PLD 功能缺失的突变体等，都是解决这
一问题的有效途径。还有，随着各种PLD 的分子
生物学信息的增加，P L D 类型特异性的抗体和
植物生理学通讯 第42卷 第6期，2006年12月1188
DNA/RNA 探针也将会出现，并可能成为解决这些
问题的有效工具。另外，包含PLD的磷脂信号转导
网络存在专一性，说明 PLD 作用机制相当复杂。
不同的磷脂信号转导网络中 PA、DAG、LysoPA
和 FFA 等磷脂信使物质在生成途径上有差异，这
可能在调节信使物质的数量、位置、产生时间以
及酰基组成中都起作用(Hodgkin等 1998)。所以，
需要明确不同 P L D 的时空表达、细胞与组织定
位。然而，目前还只在 PLDa 中有一些这方面的
信息。相信，随着这些方面的不断积累，人们
终将通过遗传操作、结构分析、基因组分析等手
段，最终弄清楚是哪一种 PLD 和在哪一种细胞中
对哪一种处理做出反应，只有明确每个 PLD 在特
定的细胞信号转导网络中的具体位置后，方能揭
示 PLD 的细胞信号转导作用及其机制。这些对阐
明植物生长和发育过程中的磷脂信号转导途径是十
分重要的。
参考文献
林芳, 许智宏, 薛红卫(2001). 植物信号传导中的磷脂酶. 植物学
报, 43 (10): 991~1002
王瑞霞, 高庆荣, 崔德才, 化斌(2004). PLD基因的基本功能及在
植物中的利用研究现状. 西北植物学报, 24 (8): 1537~1542
张充, 蒋继志, 廖祥儒, 彭亮, 安秀娟, 杨磊(2005). 植物中的磷脂
酶D. 植物生理学通讯, 41: 691~697
郑凤荣, 谷令坤, 李德全(2004). 水分胁迫下脱落酸及磷脂酶在
玉米幼苗根系渗透调节物质积累中的信号转导. 中国生态农
业学报, 12: 78~81
Blatt MR (2000). Ca2+ signalling and control of guard-cell volume
in stomatal movements. Curr Opin Plant Biol, 3: 196~204
Chandra S, Heinstein P (1996). Activation of phospholipase by
plant defense elicitor. Plant Physiol, 110: 979~986
Chapman KD (1998). Phospholipase activity during plant growth
and development and in response to environmental stress.
Trends Plant Sci, 3: 131~140
Den Hartog M, Musgrave A, Munnik T (2001). Nod factor-in-
duced phosphatidic acid and diacylglycerol pyrophosphate
formation: a role for phospholipase C and D in root hair
deformation. Plant J, 25: 55~66
Fan L, Zhang S, Wang X (1997). Antisense suppression of phos-
pholipase Da retards abscisic acid- and ethylene-promoted
senescence of postharvest Arabidopsis leaves. Plant Cell, 9:
2916~2919
Frank W, Munnik T, Kerkmann K, Salamini F, Bartels D (2000).
Water deficit triggers phospholipase D activity in the resur-
rection plant Craterostigma plantagineum. Plant Cell, 12:
111~124
Hanahan DJ, Chaicoff IL (1948). On the nature of the phospho-
rus-containing lipids of cabbage leaves and their relation to
a phospholipide-splitting enzyme contained in these leaves.
J Biol Chem, 172: 191~198
Hodgkin MN, Pettitt TR, Martin A, Michell RH, Pemberton AJ,
Wakelam MJ (1998). Diacylglycerols and phosphatidates:
which molecular species are intracellular messengers? Trends
Biochem Sci, 23: 200~204
Jacob T, Ritchie S, Assmann SM, Gilroy S (1999). Abscisic acid
signal transduction in guard cells is mediated by phospholi-
pase D activity. Proc Natl Acad Sci USA, 96: 12192~12197
Laxalt AM, Munnik T (2002). Phospholipid signalling in plant
defence. Curr Opin Plant Biol, 5: 332~338
Leckie CP, McAinsh MR, Allen GJ, Sanders D, Hetherington AM
(1998). Abscisic acid-induced stomatal closure mediated by
cyclic ADP-ribose. Proc Natl Acad Sci USA, 95:
15837~15842
Lemtiri-Chlieh F, Macrobbie EAC, Brearley CA (2000). Inositol
hexakisphosphate is a physiological signal regulating the K+-
inward rectifying conductance in guard cells. Proc Natl Acad
Sci USA, 97: 8687~8692
Li WQ, Li MY, Zhang WH, Welti R, Wang XM (2004). The
plasma membrane-bound phospholipase Dd enhances freez-
ing tolerance in Arabidopsis thaliana. Nat Biotechnol, 22
(4): 427~433
Liscovitch M, Czarny M, Fiucci G, Tang X (2000). Phospholi-
pase D: molecular and cell biology of a novel gene family.
Biochem J, 345: 401~415
Maarouf HE, Zuily-Fodil Y, Gareil M, d’Arcy-Lameta A, Pham-
Thi AT (1999). Enzymatic activity and gene expression
under water stress of phospholipase D in two cultivars of
Vigna unguiculata L. Walp. differing in drought tolerance.
Plant Mol Biol, 39: 1257~1265
Meijer HJG, Arisz SA, van Himbergen JAJ, Musgrave A, Munnik
T (2001). Hyperosmotic stress rapidly generates lyso-phos-
phatidic acid in Chlamydomonas. Plant J, 25: 541~548
Munnik T, Arisz SA, de Vrije T, Musgrave A (1995). G-protein
activation stimulates phospholipase D signalling in plants.
Plant Cell, 7: 2197~2210
Munnik T, Irvine RF, Musgrave A (1998a). Phospholipid signal-
ling in plants. Biochim Biophys Acta, 1389: 222~272
Munnik T, Meijer HJG, ter Riet B, Hirt H, Frank W, Bartels D,
Musgrave A (2000). Hyperosmotic stress stimulates phos-
pholipase D activity and elevates the levels of phosphatidic
acid and diacylglycerol pyrophosphate. Plant J, 22: 147~154
Munnik T, van Himbergen JAJ, ter Riet B, Braun F, Irvine RF, van
der Ende H, Musgrave A (1998b). Detailed analysis of turn-
over of polyphosphoinositides and phosphatidic acid upon
activation of phospholipase C and D in Chlamydomonas
cells treated with non-permeabilizing concentrations of
植物生理学通讯 第42卷 第6期，2006年12月 1189
mastoparan. Planta, 207: 133~145
Ritchie S, Gilroy S (1998). Abscisic acid signal transduction in the
barley aleurone is mediated by phospholipase D activity.
Proc Natl Acad Sci USA, 95: 2697~2702
Ritchie S, Gilroy S (2000). Abscisic acid stimulation of phospho-
lipase D in the barley aleurone is G-protein-mediated and
localized to the plasma membrane. Plant Physiol, 124:
693~702
Romano L, Jacob T, Gilroy S, Assmann SM (2000). Increase in
cytosolic Ca2+ are not required for abscisic acid-inhibition of
inward K+ currents in guard cells of Vicia faba L. Planta, 211:
209~217
Ryu SB, Wang X (1998). Increase in free linolenic and linoleic
acids associated with phospholipase D-mediated hydrolysis
of phospholipids in wounded castor bean leaves. Biochim
Biophys Acta, 1393: 193~202
Sang YM, Zheng SQ, Li WQ, Huang BR, Wang XM (2001). Regu-
lation of plant water loss by manipulating the expression of
phospholipase D. Plant J, 28 (2):135~44
Schroeder JI, Kwak JM, Allen G (2001). Guard cell abscisic acid
signalling and engineering drought hardiness in plants. Nature,
410: 327~330
Staxen I, Pical C, Montgomery LT, Gray JE, Hetherington AM,
McAinsh MR (1999). Abscisic acid induces oscillations in
guard cell cytosolic free calcium that involve phosphoi-
nositide-specific phospholipase C. Proc Natl Acad Sci USA,
96: 1779~1784
van der Luit AH, Piatti P, van Doorn A, Musgrave A, Felix G,
Boller T, Munnik T (2000). Elicitation of suspension-cul-
tured tomato cells triggers the formation of phosphatidic
acid and diacylglycerol pyrophosphate. Plant Physiol, 123:
1507~1516
Wang C, Christopher AZ, Meshack A (2000). Involvement of
phospholipase D in wound-induced accumulation of jasmonic
acid in Arabidopsis. Plant Cell, 12: 2237~2246
Wang X (2000). Multiple forms of phospholipase D in plants:
the gene family, catalytic and regulatory properties, and
cellular functions. Prog Lipid Res, 39: 109~149
Welti R, Li WQ, Li MY, Sang YM, Biesiada H, Zhou HE,
Rajashekar CB, Williams TD, Wang XM (2002). Profiling
membrane lipids in plant stress responses: role of phospho-
lipase Da in freezing-induced lipid changes in Arabidopsis. J
Biol Chem, 277 (35): 31994~32002
Young S, Wang X, Leach JE (1996). Changes in the plasma mem-
brane distribution of rice phospholipase D during resistant
interactions with Xanthomonas oryzae pv oryzae. Plant Cell,
8: 1079~1090
Zhang WH, Yu LJ, Zhang YY, Wang X (2005). Phospholipase D
in the signaling networks of plant response to abscisic acid and
reaction oxygen species. Biochim Biophys Acta, 1736: 1~9