光合真核生物将太阳能转化成化学能，这一过程为地球生命提供了赖以生存的食物和能量。叶绿体内囊体膜是实现光合作用过程的必要场所，并由合适的脂类组装以保证其功能的发挥。磷脂酸（PA）是生物体重要的胞内信号分子，也是其它脂类（包括内囊体膜脂质）合成的重要前体。PA主要在内质网合成，并被转运至叶绿体进一步加工合成糖脂（内囊体膜特有且重要的脂类）。 PA分子的细胞内转运活动，尤其如何转运至叶绿体的分子基础仍有待阐明。
Sec14蛋白家族是广泛存在于真核生物中的一类脂转运蛋白，所有家族成员均含有一个保守的Sec14结构域。动物和酵母中的研究发现，Sec14蛋白可以结合和转运广泛的脂质，在胞内可以转运磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰肌醇（PI）和磷脂酰乙醇胺（PE）等脂质，然而对植物Sec14蛋白家族脂质转运功能的研究目前仍较少。
2023年1月31日，美国科学院院报（PNAS）在线发表了我院姚红艳副研究员与上海交通大学、苏州大学和中科院分子植物科学卓越创新中心的研究者合作完成的题为“Arabidopsis Sec14 proteins (SFH5 and SFH7) mediate inter-organelle transport of phosphatidic acid and regulate chloroplast development”的文章，该文通过遗传学、结构生物学、脂质组学研究，阐明了PA由内质网转运至叶绿体的分子基础及其调控类囊体糖脂合成的分子机制。
在本研究中，作者对拟南芥Sec14蛋白家族成员AtSFH5和AtSFH7的细胞学观察，发现二者定位于内质网和叶绿体上；功能研究表明其参与叶绿体发育的调控，sfh5 sfh7双突变体的叶绿素合成以及叶绿体内囊体结构垛叠异常（图A）。生化分析表明AtSFH5特异性地结合和转运双层膜上的PA。通过解析和分析AtSFH5-Sec14结构域与PA的复合体晶体结构，发现PA分子结合在AtSFH5- Sec14结构域中央的口袋位置（图B），有别于已报道的Sec14蛋白结合PC/PE/PI的结合模式，阐明了AtSFH5和AtSFH7特异性识别和转运PA的结分子机制。利用叶绿体开展的定量脂质组学分析表明，PA和单半乳糖酰二酰基甘油（MGDG），特别是MGDG中sn-2位置的C18脂肪酰基在sfh5 sfh7双突变体中显著减少，表明内质网到叶绿体的脂质转运出现了异常，证明了AtSFH5和AtSFH7将PA从内质网转运至叶绿体进行糖脂合成的重要作用（图C）。
综上所述，该研究阐明了AtSFH5和AtSFH7通过胞内转运PA调控叶绿体内囊体结构/植物光合作用的分子机制，揭示了植物SFH蛋白在细胞器间PA转运中的作用并阐明了其结构基础，为细胞器间的脂质转运提供了一个分子模型，也为质体内共生进化理论提供了脂质信号交流的分子证据。
姚红艳副研究员、苏州大学苏州医学院鲁耀骐博士、中科院分子植物科学卓越创新中心杨晓莉博士为论文的共同第一作者。上海交通大学薛红卫教授和苏州大学苏州医学院吴嘉炜教授为论文的共同通讯作者。苏州大学苏州医学院硕士生王晓清和罗智璞教授、上海交通大学林德立博士合作参与了本项研究工作。该研究得到了国家自然科学基金的资助。
论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2221637120