全 文 ：ESI-MS?MS 方法检测拟南芥膜脂分子对机械伤害的响应
?
凌立贞1 , 2 , 3 , 李唯奇3 , 4 * * , 徐正君1 , 2
??
(1 四川农业大学 水稻研究所 , 四川 温江 611130; 2 四川农业大学西南作物基因资源与遗传改良教育部
重点实验室 , 四川 雅安 625014 ; 3 中国科学院昆明植物研究所 , 云南 昆明 650204 ;
4 红河学院生物系 , 云南 蒙自 661100 )
摘要 : 利用一种灵敏的、基于 ESI-MS?MS ( electrospray ionization tandem mass spectrometry) 的脂类组学方法 ,
测定了机械伤害诱导的拟南芥 6 种磷脂 (phospholipids)、2 种糖脂 (glycolipids)、3 种溶血磷脂 ( lysophospho-
lipids) 和约 120 种脂类分子的变化 , 探索了膜脂响应机械伤害的基本趋势。结果表明 , 机械伤害后磷脂酸
( phosphatidic acid, PA) 和 3 种溶血磷脂显著升高 , 而叶绿体膜上的糖脂减少 ; 在测量的 1 小时范围内 , 不
同脂类水解产生的磷脂酸分子的增加速度和强度不同 , 反映出它们经历了不同的生化过程。具体表现为 :
(1 ) 叶绿体膜脂磷脂酰甘油 (phosphatidylglycero, PG) 分子 34∶4 PG水解的产物磷脂酸分子 34∶4 PA 的积累
速度明显慢于其它磷脂酸分子 ; (2) 磷脂酸分子 34∶6 PA 仅有少量的积累 , 其可能是由叶绿体膜脂单半乳
糖二酰甘油 (monogalactosyldiacylglycerol, MGDG)。分子 34∶6 MGDG 和双半乳糖二酰甘油 ( digalactosyldi-
acylglycerol , DGDG) 分子 34∶6 DGDG水解产生 , 然而这两种糖脂含量明显下降 , 说明它们有可能还参与了
其它的反应。脂类的摩尔百分组成没有剧烈的变化。
关键词 : 机械伤害 ; 脂类分子 ; 脂类组学
中图分类号 : Q 945 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 - 2700 (2007) 06 - 671 - 06
Profiling the Changes of Lipid Molecular Species in Response to
Wounding in Arabidopsis thaliana ( Cruciferae) by ESI-MS?MS
LING Li-Zhen
1 , 2 , 3
, LI Wei-Qi
3 , 4 * *
, XU Zheng-Jun
1 , 2 **
( 1 Rice Research Institute, Sichuan Agricultural University, Wenjiang 611130 , China; 2 Key Laboratory of Southwest CropGene
Resources and Improvement, Ministry of Education, Sichuan agricultural University, Yaan 625014 , China;
3 Kunming Instituteof Botany, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650204 , China;
4 Department of Biology, HongheUniversity, Mengzi 661100 , China)
Abstract : This paper employeda sensitiveapproach basedonelectrospray ionization tandemmassspectrometry (ESI-MS?MS) to
comprehensively analyze lipidcompositionchangesinresponsetomechanical wounding in Arabidopsisthaliana .Thechanges of 6
phospholipidclasses, 2 glycolipid classes, and 3 lysophospholipid, and 120 lipid molecular species in total depicted the basic
tendency of membrane lipidsinresponsetowoundingfor 0 , 15, 30 , and60 min in Arabidopsisthaliana . Theresultsshowed that
woundingcan lead to increase phosphatidic acid (PA) and 3 lysophospholipid and decrease glycolipids of the major chloroplast
plastidic lipids . The increasing speedand intensityof PA produced by variouslipids arevery different, which shows those lipids
haveexperienceddifferent biochemistry processes . (1) Theaccumulation of 34∶4 PA derivedfromplastidic lipid34∶4 PG (phos-
phatidylglycerol ) is significantly slower thanthat of other PA species; (2) 34∶6 PA accumulateda littleand possiblyderivedfrom
云 南 植 物 研 究 2007 , 29 (6) : 671～676
Acta Botanica Yunnanica

?
?? ?通讯作者 : Author for correspondence; E-mail : weiqili@ mail .kib. ac. cn; Tel : 028 - 82727668 or 0871 - 5223025 , zhengjunxu@hotmail . com
收稿日期 : 2007 - 03 - 05 , 2007 - 03 - 26 接受发表
作者简介 : 凌立贞 (1979 - ) 女 , 在读硕士研究生。 ?
基金项目 : 国家自然科学基金 (30670474) , 国家科技基础条件平台工作项目 (2004DKA30430) , 红河学院“分子生物学学科建设专
项”。Useof theKansas LipidomicsResearch Center Analytical Laboratory and its support fromNational ScienceFoundation’s EPSCoR program, under
grant no . EPS-0236913 with matching support fromtheState of Kansas throughKansas Technology Enterprise Corporation and Kansas StateUniversity
the 34∶6 MGDG or DGDG . However, thecontent of bothglycolipids hasapparentlydecreased, which indicatedthey arepossibly
involved inother reactions . No remarkable changes of lipidmole percentage wereobserved .
Key words: Mechanical wounding; Lipid molecular species; Lipidomics; Arabidopsis thaliana
虫害是严重危害农牧业生产的主要灾害之一 ,
冰雹、暴风、骤雨等导致的机械伤害也是植物在
自然界中常遇到的逆境。已有的研究表明 , 昆虫
的咀嚼导致的伤害和机械伤害产生诱导相同的植
物系统性反应 (布坎南等 , 2003 )。局部的损伤可
通过植物的系统信号在整个植物诱导防御反应。
脂类在机械伤害诱导的信号过程和防御机制
中起到重要的作用 ( Creelman and Mullet, 1997;
Grant and Lamb, 2006 )。膜脂是植物最早和最重要
的损伤信号之一。植物系统防御信号物质茉莉酸
起源于损伤诱导的膜脂降解产物亚麻酸 (Thomp-
son等 , 1998; Penfield 等 , 2006; Uemura等 , 1995;
Gigon等 , 2004)。植物的脂类代谢及其脂肪酶 ( li-
polytic enzyme) 广泛地参与了植物的机械伤害反应
过程 (Wound response)。例如磷脂酶 A (PLA) 和
磷脂酶 D (PLD) 等 (Dhondt 等 , 2000; Grant and
Lamb, 2006 )。Narváez-Vásquez 等 ( 1999) 通过实
验证明番茄叶片伤害后 PLA2 的活性显著提高 , 水
解产生的溶血磷脂迅速地响应机械伤害。这些数
据说明了 PLA 主要是通过参与茉莉酸的合成而应
答机械伤害。Ryu and Wang (1996 , 1998) 在伤害
的蓖麻叶片中检测到 PLD 的活性也大大提高了。
Wang等 (2000) 利用遗传学方法进一步证明了
PLDα1在伤害诱导的茉莉酸积聚中发挥了作用。
PLA2 水解膜脂主要生成溶血磷脂和脂肪酸 , 而
PLD水解产物是磷脂酸和脂肪酸 , 最近的研究证
明溶血磷脂和磷脂酸不仅仅是参与茉莉酸的合
成 , 它们还是比较重要的生物活性物质 , 在植物
生长发育过程以及在应答许多外界刺激中发挥着
重要的作用 (Munnik 等 , 1998; Ishii 等 , 2004;
Wang等 , 2006)。由于膜脂的分子组成十分复杂 ,
其极性基团和非极性基团都可以发生变化 , 不同
的膜脂分子具有不同的生物物理和化学性质、不
同的亚细胞膜定位以及不同的生物学功能 , 因
此 , 在分子水平上系统地分析植物响应机械伤害
变化具有重要的意义。目前 , 分子水平上系统地
描述机械伤害诱导的膜脂变化尚未见报道。
由于非水溶性等原因 , 脂类的分析在技术上
一直是耗时费力的工作。新近在 ESI?MS-MS 技术
上建立的脂类组学方法 , 为脂类分析提供了高通
量、灵 敏、快速 的分析手段 ( Welti and Wang,
2004; Milne等 , 2006)。利用该方法成功地分析了
拟南芥在常温、冷害、冻害、冻融过程中 11 类脂
120 种 分子 类的变 化。 ( Welti 等 , 2002; Li 等 ,
2004)。Buseman 等 ( 2006 ) 利用此技术分析了机
械伤害对糖脂类的变化。本文以拟南芥为研究材
料 , 以 ESI?MS-MS 技术为测试手段 , 测量了植物
在机械伤害 0、15、30、60 min内 120 种膜脂分子
的变化 , 探索了植物膜脂分子响应机械伤害的变
化趋势 , 并发现了一些膜脂分子变化的特殊规律。
1 材料与方法
1 .1 材料与处理
实验材料是拟南芥 ( Arabidopsis thaliana) 生态型
Wassilewskija, 种植在温室内 , 光照为自然光 , 温度为 15
～22℃ , 相对湿度 60%。种植 5 周后处理、取样。选取
成熟、叶龄相同的叶片 , 用止血钳在跨过叶片中脉的范
围垂直夹三下做机械伤害 , 伤害面积为整个叶片的 1?3
～1?2。在机械伤害 0、15、30、60 min时收集叶片提取
脂类。每个伤害时间点取样 5 个重复。
1 .2 脂类的提取
脂类的提取方法在文献 (Welti 等 , 2002) 的基础上作
了少许改进。从叶柄处剪下伤害处理过的叶子 1 片 , 立即
放入 1.5 ml 75℃异丙醇 (含 0.01% BHT) 中 15 min, 再加入
1.5ml 氯仿和 0.6 ml 水 , 在摇床上振荡提取 1 h, 转移提取
液 ; 然后加入 4 ml 氯仿 - 甲醇溶液 (2∶1 , 含 0.01% BHT)
摇床上提取过夜直到叶子发白。再用 1 ml 氯仿 - 甲醇溶液
清洗叶片两次 , 以保证提取液转移干净 ; 合并提取液后 ,
加入 1 ml 1 mol?L KCl 溶液 , 涡旋混匀 , 静置分层 , 弃去上
层液 ; 再加入 1 ml 水 , 涡旋混匀 , 静止分层 , 弃去上层液。
提取液用氮气吹干 , 保存在 - 20℃冰箱备用。提取剩余
物在 105℃烘箱中过夜 , 放置到室温时 , 称干重。
1 .3 脂类的测定
采用 ESI?MS-MS测定 , 具体的程序参照文献 (Welti
等 , 2002) 的方法。
1 .4 数据分析
利用 Q-test剔除极端离散的数值后在 Microsoft Excel
中计算平均值和标准偏差。最后在 P = 0 .05 的水平上进
行 T-test检测处理间的数据显著性。脂类数据在排除离
散值后通过 origin软件作图。
276 云 南 植 物 研 究 29 卷
2 结果与讨论
2 .1 ?机械伤害诱导的总膜脂水平降低 , 但磷脂
酸和溶血磷脂水平升高
实验检测了拟南芥在机械伤害 0～60 min之内
的 6 类磷脂 (PG, PI , PS, PE, PC, PA)、两类糖
脂 (MGDG, DGDG) 和三类溶血磷脂 ( lysoPC, ly-
soPE , lysoPG) , 共计 120 种脂类分子的水平变化
(表 1、表 3、图 1)。在伤害后 , 植物总的脂类水平
呈现下降趋势 , 与对照相比较 , 伤害 60 min后叶片
脂类水平下降了 17.7% (39.55 nmol?mgDW) (表 1)。
其中总磷脂水平基本不受伤害影响 , 总糖脂下降 ,
总溶血磷脂上升 1 倍。三类膜脂在数量级上差异很
大 , 糖脂约是磷脂的 5 倍、溶血磷脂的 1 000 倍 ,
所以伤害诱导的脂类下降主要来自糖脂的贡献。脂
类的相对组成变化为磷脂和溶血磷脂相对含量呈现
上升趋势 , 糖脂的相对含量呈下降趋势 (表 2)。由
于糖脂是叶绿体膜脂 , 因此上述结果说明叶绿体
膜在机械伤害过程中反应敏感 , 伤害较重。
磷脂的种类最多 , 不同磷脂对胁迫敏感不
同。检测的结果表明 , 多种 PA 分子种类加和后
得到的最终 PA 水平在机械伤害中从 0 .4 nmol?mg
DW上升到 4 .17 nmol?mg DW, 急剧上升了 10 倍
( 图 1 , 表 1) ; 相对含量从 0 .18%上升到 2 .23% ,
上升了 13 倍。PC、PE 和 PG 也呈现了一些变化 ,
PC、PG 有下降的趋势。PI 和 PS 几乎保持不变。
上述结果与其它报道的结果基本吻合 , 特别是
PA 的变化 , PA 对机械伤害最为敏感 ( Lee等 ,
1997; Zien等 , 2001 )。一些报道 PE 水平在伤害
中有明显的下降 , 这与我们的结果不完全一致
(Zien等 , 2001)。这可能与实验中植物的培养条
件不同有关。Zien等 ( 2001 ) 报道植物的种植条
件不同可引起脂类含量变化。
2.2 9产生于叶绿体膜磷脂 PG 水解的磷脂酸分子
34∶4 PA 水平的升高迟于其它磷脂酸分子
基于 ESI-MS?MS 的脂类组学方法的优点是能
够检测个别脂类分子的变化细节。9 种磷脂酸分
子被检测到发生了变化 ( 图 1 )。磷脂酸产生的
一个主要生化途径是其它甘油脂的水解 , 通过对
比甘油脂 ( glycerolipid) 中脂肪酸链的结构 , 可
以推测磷脂酸分子是由哪种甘油脂水解产生的。
34∶2 (acyl carbon∶double bond) 的 PA 分子 , 只可
能产来源于具有相同脂肪酸结构的 PG, PI , PS,
PE 或 PC 的水解。34∶4 PA 和 34∶6 PA 有些特殊 ,
因为它们只可能分别来自 34∶4 PG 和 34∶6 MGDG
或 DGDG 的水解 , 因为这些脂类都是位于叶绿体
膜上的脂类。比较检测的这 9 种脂酸分子在伤害
60 min内的变化 , 发现 34∶4 PA 在伤害开始的 15
min内没有变化 , 与对照保持一致的水平 ( 对照
0.042 nmol?mg, 15 min时 0 .046 nmol?mg) , 而其它 8
种 PA 分子已经上升了 5 倍。伤害处理 30 min后 ,
34∶4 PA 才赶上其它 PA 分子的水平。说明从叶绿
体膜脂分子 34∶4 PG到 34∶4 PA 的水解反应要慢于
其它脂类产生 PA 的反应 , 这个结果提示了机械
伤害过程中细胞内部膜脂水解过程的差异性。
表 1 脂类在不同伤害时间的变化 ( nmol?mg dry weight or nmol?mg DW)
Table 1 The changes in lipid classes in wounded Arabidopsis leaves ( nmol?mg DW)
脂类 Control 15 ?min 30 nmin 60 Fmin
磷脂类 ( PL)
PG 11 ?. 20±1 .44 9 q. 83±1 W. 76 10 n. 51±1 T. 47 10 F. 61±0 ,. 71
PI 2 ?. 28±0 .28 2 q. 37±0 W. 32 2 I. 47±0 /. 12 2 !. 56±0 ?. 48
PS 0 ?. 27±0 .06 0 q. 33±0 W. 09 0 I. 33±0 /. 09 0 !. 29±0 ?. 06
PE 4 ?. 37±1 .05 6 q. 37±1 W. 06 5 I. 11±1 /. 52 4 !. 74±1 ?. 21
PC 13 ?. 94±1 .62 12 . 92±1 |. 42 12 n. 79±1 T. 94 12 F. 03±2 ,. 05
PA 0 ?. 40±0 .06 2 q. 28±0 W. 44 * 2 I. 98±0 /. 36 * 4 !. 17±1 ?. 32 *
lysoPG 0 ?. 06±0 .01 0 q. 04±0 W. 01 0 I. 06±0 /. 02 0 !. 08±0 ?. 03
lysoPC 0 ?. 05±0 .02 0 q. 08±0 W. 02 0 I. 08±0 /. 03 0 !. 11±0 ?. 03 *
lysoPE 0 ?. 02±0 .00 0 q. 03±0 W. 00 * 0 I. 02±0 /. 01 0 !. 04±0 ?. 01 *
糖脂类 ( GL)
MGDG 159 5. 37±3 ?. 53 127 .17±10 .92 * 133 .41±15 .30 * 121 k. 61±28 v. 39 *
DGDG 35 ?. 98±1 .24 29 . 75±1 |. 85 * 30 n. 90±2 T. 92 * 30 F. 42±2 ,. 21 *
Total PL 32 ?. 58±4 .39 34 . 24±3 |. 78 34 n. 39±4 T. 51 34 F. 63±5 ,. 31
Total GL 195 5. 69±4 ?. 50 156 .92±12 .76 * 164 .31±18 .16 * 149 k. 30±34 v. 61 *
Total lysoPL 0 ?. 12±0 .03 0 q. 15±0 W. 04 0 I. 15±0 /. 06 0 !. 22±0 ?. 07
Total 223 5. 48±15 @. 52 191 ?. 16±13 .91 * 198 .70±22 .60 183 k. 93±36 v. 17
3766 期 凌立贞等 : ESI-MS?MS方法检测拟南芥膜脂分子对机械伤害的响应
表 2 脂类不同伤害时间的摩尔组成的变化 ( mol?% )
Table 2 The Changes of lipid classes in mole percentage in wounded Arabidopsis leaves ( mol % )
脂类 Control 15 ?min 30 nmin 60 Fmin
磷脂类 ( PLs)
PG 4 ?. 99±0 .39 5 q. 15±0 W. 91 5 I. 28±0 /. 20 5 !. 34±0 ?. 28
PI 1 ?. 02±0 .09 1 q. 24±0 W. 12 1 I. 26±0 /. 17 1 !. 25±0 ?. 17
PS 0 ?. 11±0 .01 0 q. 18±0 W. 06 0 I. 17±0 /. 04 0 !. 06±0 ?. 02
PE 1 ?. 97±0 .58 3 q. 34±0 W. 59 * 2 I. 55±0 /. 64 2 !. 58±0 ?. 39
PC 6 ?. 23±0 .42 6 q. 77±0 W. 71 6 I. 42±0 /. 33 6 !. 77±1 ?. 97
PA 0 ?. 18±0 .03 1 q. 19±0 W. 19 * 1 I. 51±0 /. 25 2 !. 35±0 ?. 97
lysoPG 0 ?. 02±0 .01 0 q. 02±0 W. 01 0 I. 03±0 /. 01 0 !. 04±0 ?. 01
lysoPC 0 ?. 002±0 .001 0 q. 04±0 W. 00 * 0 I. 04±0 /. 02 0 !. 06±0 ?. 01 *
lysoPE 0 ?. 01±0 .00 0 q. 01±0 W. 00 0 I. 01±0 /. 01 0 !. 02±0 ?. 00 *
糖脂类 ( GLs)
MGDG 69 ?. 30±0 .93 66 . 49±1 |. 72 67 n. 27±0 T. 11 * 67 F. 34±0 ,. 57
DGDG 16 ?. 13±0 .77 15 . 57±0 |. 28 15 n. 58±0 T. 43 14 F. 97±1 ,. 36
Total PLs 14 ?. 51±1 .49 17 . 86±2 |. 46 17 n. 18±1 T. 60 19 F. 29±5 ,. 14
Total GLs 85 ?. 43±1 .70 82 . 06±1 |. 97 82 n. 72±0 T. 73 * 82 F. 75±1 ,. 65
Total lysoPL 0 ?. 05±0 .02 0 q. 08±0 W. 02 0 I. 10±0 /. 06 0 !. 12±0 ?. 04 *
Total 100 5100 ?100 100 k
图 1 拟南芥中机械伤害诱导的脂类分子变化
Fig . 1 Wound- induced changes in lipid molecular species in Arabidopsis
Thefirst black bars represent unwounded leaves, the second gray bars, the third bars ( downward cross-hatch) , the forthwhite bars represent
15 min , 30 min and 60 min after wounding respectively . Thevalue is the means + SD ( n= 5 ) .‘ * ’indicates the difference in that
particular lipid species in unwounded and wounded- leaves is significant ( p< 0 .05 ) .
476 云 南 植 物 研 究 29 卷
表 3 溶血磷脂类的变化 ( nmol?mg dry weight)
Table 3 The changes in lysophospholipids in wounded Arabidopsis leaves
溶血磷脂膜脂分子 Control 15 ?min 30 nmin 60 Fmin
lysoPG
16 ?∶0 0 .008±0 .004 0 q. 005±0 |. 004 0 I. 007±0 T. 004 0 !. 016±0 ,. 003
16 ?∶1 0 .005±0 .004 0 q. 008±0 |. 007 * 0 I. 016±0 T. 005 * 0 !. 023±0 ,. 003 *
18 ?∶1
18 ?∶2 0 .002±0 .002 0 q. 002±0 |. 002 0 I. 003±0 T. 004 0 !. 005±0 ,. 004
18 ?∶3 0 .039±0 .014 0 q. 026±0 |. 005 0 I. 033±0 T. 012 0 !. 041±0 ,. 023
lysoPE
16 ?∶0 0 .005±0 .001 0 q. 008±0 |. 001 * 0 I. 006±0 T. 004 0 !. 014±0 ,. 002 *
16 ?∶1
18 ?∶1
18 ?∶2 0 .006±0 .002 0 q. 012±0 |. 003 * 0 I. 008±0 T. 006 0 !. 011±0 ,. 006
18 ?∶3 0 .004±0 .002 0 q. 008±0 |. 003 0 I. 006±0 T. 003 0 !. 009±0 ,. 001 *
lysoPC
16 ?∶0 0 .006±0 .006 0 q. 009±0 |. 007 0 I. 011±0 T. 009 0 !. 016±0 ,. 009
16 ?∶1 0 I. 001±0 T. 001 0 !. 001±0 ,. 001
18 ?∶0 0 q. 001±0 |. 001 0 I. 002±0 T. 003 0 !. 001±0 ,. 001
18 ?∶1 0 .002±0 .002 0 q. 004±0 |. 002 0 I. 004±0 T. 003 0 !. 004±0 ,. 003
18 ?∶2 0 .016±0 .006 0 q. 026±0 |. 007 0 I. 032±0 T. 016 0 !. 035±0 ,. 010 *
18 ?∶3 0 .025±0 .004 0 q. 037±0 |. 006 * 0 I. 042±0 T. 010 0 !. 050±0 ,. 007
2 .3 ?来源于叶绿体膜脂的磷脂酸分子 34∶6 PA
少量产生
在正常状态下 , 细胞中没有 34∶6 PA 分子。
34∶6 PA 的产生在冻害过程中首次被发现并推断
其来源于 34∶6 MGDG 水解 (Welti 等 , 2002)。分
析发现机械伤害也能诱导 34∶6 PA 产生 ( 图 1 ) ,
但是其含量比磷脂水解的其它 PA 类分子要低 ,
比冻害和缺水诱导的 34∶6 PA 也少得多 ( Li 等 ,
2004; Welti 等 , 2002) 。机械伤害诱导的 34∶6 PA
可能不仅来源于 34∶6 MGDG, 也可能来自 34∶6
DGDG, 因为这两种分子含量都降低了。然而从
化合物的摩尔质量上看 , 34∶6 PA 只有少量的积
聚 (低于 0 .5 nmol?mg) , 而 34∶6 MGDG 和 34∶6
DGDG却发生了大幅度的下降 , 在 15 min时已经
出现了明显的下降 (MGDG 0 min 126 .155 , 15 min
98 .294; DGDG 0 min 2 .782 , 15 min 2 .268 ) 其中
MGDG变化比 DGDG 大。这些数据说明 34∶6 DG-
DG和 34∶6 MGDG 可能参与了其它生化途径。
Buseman等 ( 2006 ) 发现拟南芥遭受机械伤害后
会导致一些含有氧代植物二烯酸 ( 12-oxophytodi-
enoic acid, 12-OPDA ) 或二氢氧代植物 二烯酸
(12-dioxophytodienoic acid, 12-OPDA) 的 MGDG 和
DGDG 在拟南芥体内的积聚 , 而这些化合物是合
成茉莉酸前体物质 OPDA 的中间代谢物质。
2 .4 其它脂类分子的变化
糖脂 MGDG 和 DGDG 主要是两个酰基成分均
为不饱和脂肪酸链 34∶6 ( 18∶3 和 16∶3) 和 36∶6
(18∶3 和 18∶3 ) 明显下降 (图 1) , 而磷脂酸除了
不饱和的脂肪酸酰基链 36∶5 ( 18∶2 和 18∶3 ) 和
36∶6 ( 18∶3 和 18∶3) 发生明显增加外 , 相对饱和
的酰基成分 ( 34∶2 , 34∶3 , 34∶4 , 36∶2 , 36∶3 , 36∶
4) 也明显增加。溶血磷脂类的酰基成分变化均
表现明显上升 (表 3) 。磷脂中除 PE (34∶3 , 36∶
6) 在 15 min出现短暂上升外 , 其他的磷脂没有
太大的变化。总之 , 所有变化的磷脂和糖脂类酰
基成分主要集中于 34 和 36 个碳原子上。
3 小结
组学方法研究植物对胁迫的响应 , 能够从较
大的尺度上探索生物学现象之间可能的联系。基
因组学、代谢组学、脂类组学对植物响应低温胁
迫的研究提供了很好的示范 (Seki 等 , 2002; Cook
等 , 2004; Welti 等 , 2002)。本文通过 ESI-MS?MS
技术方法 , 系统地检测拟南芥在机械伤害 1 小时
内 120 种膜脂分子的变化规律。结果表明机械伤
害能够导致植物糖脂 MGDG 含量下降 , 磷脂中磷
脂酸 PA 和溶血磷脂的上升。这一脂类变化的基
本趋势与其它方法测量的结果相符合。PA 和 lyso-
PL 的含量明显升高 , 验证了磷脂酶 PLD 和 PLA
参与了机械伤害诱导的植物信号过程的结论。
5766 期 凌立贞等 : ESI-MS?MS方法检测拟南芥膜脂分子对机械伤害的响应
ESI-MS?MS 提供详细而灵敏的膜脂分子变化
数据 , 使得我们发现了 PA 分子的两处精细、显
著而又有意义的变化 , 即 : ( 1) 来自叶绿体膜脂
分子 PG水解产物的 34∶4 PA 的上升 , 在时间上
明显迟缓于其它产生的 PA 分子 , 这说明了机械
伤害诱导的质膜和亚细胞器膜的反应有时间上的
差异 ; (2) 可能来自叶绿体膜糖脂 MGDG 和 DG-
DG 水解产物的 34∶6 PA 分子有显著的升高 , 但
是绝对含量还很低 , 低于来自质膜磷脂水解的其
它 PA 类分子 , 也明显低于冻害和缺水诱导的该
分子含量。这两个 PA 分子含量的特殊变化提示
了产生 PA 的水解反应在伤害诱导细胞的过程中
有时间和空间上的差异 , 但是它所代表的明确生
物学意义还有待进一步探索。
〔参 考 文 献〕
布坎 2南等编 , 翟礼嘉等译 , 2003 . 植物生化 化学与分 子生物学
[ M] . 科学出版社 , 940
Buse man CM , Tamura P, Sparks AA et al . 2006 . Wounding stimulates
the accumulation of glycerolipids containing oxophytodienoic acid and
dinor-oxophytodienoic acid in Arabidopsis Leaves [ J ] . Plant Physi-
ol , 142: 28—39
Cree ?lman R , Mullet J , 1997 . Biosynthesis and action of jasmonates in
plants [ J ] . Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol , 48 : 355—381
Cook ;D, Fowler S, Fiehn O et al . 2004 . A prominent role for the CBF
cold response pathway in configuring the low-temperature metabolism
of Arabidopsis [ J ] . PNAS, 101: 15243—15248
Dhon /dt S, Geoffroy P , Stelmach BA et al . 2000 . Solublephospholipase .
A2 activity is induced beforeoxylipin accumulation in tobacco mosaic
virus- infected tobacco leaves and is contributed by patatin-like enz-
ymes [ J ] . The Plant J ournal , 23 (4 ) : 431—440
Gigo ?n A , Matos AR , Laffray D et al . 2004 . Effect of drought stress on
lipid metabolism in the leaves of Arabidopsis thaliana ( Ecotype Co-
lumbia) [ J ] . Ann Bot, 94 : 345—351
Gran #t M, Lamb C, 2006 . Systemic immunity [ J ] . Curr Opin Plant Bi-
ol , 9 : 414—420
Ishi ?i I , FukushimaN , Ye XQ et al . 2004 . Lysophospholipid Receptors:
Signaling and Biology [ J ] . Annu Rev Biochem, 73 : 321—354
Lee ?S, SuhS , KimS et al . 1997 . Systemic elevation of phosphatidic ac-
id and lysophospholipid levels in wounded plants [ J ] . Plant J , 12 :
547—556
Li W .Q, Li MY , Zhang WH et al . 2004 . The plasma membrane-bound
phospholipase Dδenhances freezing tolerance in Arabidopsis thaliana
[ J ] . Nature Biotech, 22 : 427—433
Miln ?e S, Ivanova P, Forrester J et al . 2006 . Lipidomics: an analysis of
cellular lipids by ESI-MS [ J ] . Methods, 39 : 92—103
Munn ?ik T, Irvine RF , Musgrave A, 1998 . Phospholipid signalling in pla-
nts [ J ] . Biochimica et Biophysica Acta, 1389: 222—272
Narv ?áez-Vásquez J , Florin-Christensen J , Ryan CA , 1999 . Positional
specificity of a phospholipase A activity induced by wounding, syste-
min, and oligosaccharide elicitors in tomato leaves [ J ] . Plant Cell ,
11 : 2249—2260
Penf ?ield S, Li Y , Gilday AD et al . 2006 . Arabidopsis ABA INSENSI -
TIVE4 Regulates Lipid Mobilization in the Embryo and Reveals Re-
pression of Seed Germination by the Endosperm [ J ] . The Plant Cell ,
18 : 1887—1899
Ryu ?SB , WangXM, 1996 . Activation of phospholipaseD and the possi-
ble mechanism of activation inwound-induced lipid hydrolysis in cas-
tor bean leaves [ J ] . Biochimica et Biophysics Acta, 1303 : 243—250
Ryu ?SB , Wang XM , 1998 . Increase in free linolenic and linoleic acids
associated with phospholipase D-mediated hydrolysis of phospholipids
in wounded castor bean leaves [ J ] . Biochimica et Biophysica Acta,
1393: 193—202
Seki ?M, Narusaka M , Ishida J et al . 2002 . Monitoring the expression
profiles of 7000 Arabidopsis genes under drought, cold and high-sa-
linity stresses using a full- length cDNA microarray [ J ] . The Plant
J ournal , 31 : 279—292
Thom ?pson JE , Froese CD, Madey E et al . 1998 . Lipid metabolism dur-
ing plant senescence [ J ] . Prog Lipid Res, 37 ( 2?3) : 119—141
Uemu ?ra M, Joseph RA , Steponkus PL , 1995 . Cold acclimation of Arabi-
dopsis thaljana effect on plasma membrane lipid composition and
freeze- lnduced lesions [ J ] . Plant Physiol , 109: 15—30
WangCX , Zien CA , Afitlhile M et al . 2000 . Involvement of phospho-
lipase D inwound-Induced accumulation of Jasmonic Acid in Arabi-
dopsis [ J ] . The Plant Cell , 12 : 2237—2246
Wang ?XM , Devaiah SP , Zhang WH et al . 2006 . Signaling functions of
phosphatidic acid [ J ] . Progress in Lipid Research, 45 : 250—278
Welt ?i R, Li WQ, Li MY et al . 2002 . Profiling membrane lipids in plant
stress responses: roleof phospholipaseD alpha in freezing-induced lipid
changes in Arabidopsis [J ] . J Biol Chem, 277 (35) : 31994—32002
Welt ?i R , Wang XM, 2004 . Lipid species profiling: a high-throughput
approach to identify lipid compositional changes and determine the
function of genes involved in lipid metabolism and signaling [ J ] .
Curr Opinion Plant Biol , 7 : 337—344
Zien ?CA, Wang CX , Wang XM et al . 2001 . In vivo substrates and the
contribution of the common phospholipase D, PLDα, to wound- in-
duced metabolism of lipids in Arabidopsis [ J ] . Biochimica et Bio-
physica Acta, 1530: 236—248
676 云 南 植 物 研 究 29 卷