光合真核生物將太陽能轉化成化學能，這一過程為地球生命提供了賴以生存的食物和能量。葉綠體內囊體膜是實現光合作用過程的必要場所，並由合適的脂類組裝以保證其功能的發揮。磷脂酸（PA）是生物體重要的胞內信號分子，也是其它脂類（包括內囊體膜脂質）合成的重要前體。PA主要在內質網合成，並被轉運至葉綠體進一步加工合成糖脂（內囊體膜特有且重要的脂類）。 PA分子的細胞內轉運活動，尤其如何轉運至葉綠體的分子基礎仍有待闡明。
Sec14蛋白家族是廣泛存在於真核生物中的一類脂轉運蛋白，所有家族成員均含有一個保守的Sec14結構域。動物和酵母中的研究發現，Sec14蛋白可以結合和轉運廣泛的脂質，在胞內可以轉運磷脂酰膽堿（PC）、磷脂酰肌醇（PI）和磷脂酰乙醇胺（PE）等脂質，然而對植物Sec14蛋白家族脂質轉運功能的研究目前仍較少。
2023年1月31日，美國科學院院報（PNAS）在線發表了我院姚紅豔副研究員與上海交通大學、蘇州大學和中科院分子植物科學卓越創新中心的研究者合作完成的題為“Arabidopsis Sec14 proteins (SFH5 and SFH7) mediate inter-organelle transport of phosphatidic acid and regulate chloroplast development”的文章，該文通過遺傳學、結構生物學、脂質組學研究，闡明了PA由內質網轉運至葉綠體的分子基礎及其調控類囊體糖脂合成的分子機製。
在本研究中，作者對擬南芥Sec14蛋白家族成員AtSFH5和AtSFH7的細胞學觀察，發現二者定位於內質網和葉綠體上；功能研究表明其參與葉綠體發育的調控，sfh5 sfh7雙突變體的葉綠素合成以及葉綠體內囊體結構垛疊異常（圖A）。生化分析表明AtSFH5特異性地結合和轉運雙層膜上的PA。通過解析和分析AtSFH5-Sec14結構域與PA的複合體晶體結構，發現PA分子結合在AtSFH5- Sec14結構域中央的口袋位置（圖B），有別於已報道的Sec14蛋白結合PC/PE/PI的結合模式，闡明了AtSFH5和AtSFH7特異性識別和轉運PA的結分子機製。利用葉綠體開展的定量脂質組學分析表明，PA和單半乳糖酰二酰基甘油（MGDG），特別是MGDG中sn-2位置的C18脂肪酰基在sfh5 sfh7雙突變體中顯著減少，表明內質網到葉綠體的脂質轉運出現了異常，證明了AtSFH5和AtSFH7將PA從內質網轉運至葉綠體進行糖脂合成的重要作用（圖C）。
綜上所述，該研究闡明了AtSFH5和AtSFH7通過胞內轉運PA調控葉綠體內囊體結構/植物光合作用的分子機製，揭示了植物SFH蛋白在細胞器間PA轉運中的作用並闡明了其結構基礎，為細胞器間的脂質轉運提供了一個分子模型，也為質體內共生進化理論提供了脂質信號交流的分子證據。
姚紅豔副研究員、蘇州大學蘇州醫學院魯耀騏博士、中科院分子植物科學卓越創新中心楊曉莉博士為論文的共同第一作者。上海交通大學薛紅衛教授和蘇州大學蘇州醫學院吳嘉煒教授為論文的共同通訊作者。蘇州大學蘇州醫學院碩士生王曉清和羅智璞教授、上海交通大學林德立博士合作參與了本項研究工作。該研究得到了國家自然科學基金的資助。
論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2221637120