Plant cell-surface GIPC sphingolipids sense salt to trigger Ca2+ influx

First author: Zhonghao Jiang; Affiliations: Shenzhen University (深圳大学): Shenzhen, China

Corresponding author: Zhangli Hu; Zhen-Ming Pei

Salinity is detrimental to plant growth, crop production and food security worldwide. Excess salt triggers increases in cytosolic Ca2+ concentration, which activate Ca2+-binding proteins and upregulate the Na+/H+ antiporter in order to remove Na+. Salt-induced increases in Ca2+ have long been thought to be involved in the detection of salt stress, but the molecular components of the sensing machinery remain unknown. Here, using Ca2+-imaging-based forward genetic screens, we isolated the Arabidopsis thaliana mutant monocation-induced [Ca2+]_i increases 1 (moca1), and identified MOCA1 as a glucuronosyltransferase for glycosyl inositol phosphorylceramide (GIPC) sphingolipids in the plasma membrane. MOCA1 is required for salt-induced depolarization of the cell-surface potential, Ca2+ spikes and waves, Na+/H+ antiporter activation, and regulation of growth. Na+ binds to GIPCs to gate Ca2+ influx channels. This salt-sensing mechanism might imply that plasma-membrane lipids are involved in adaption to various environmental salt levels, and could be used to improve salt resistance in crops.

盐度对于全球的植物生长、作物产量和食物安全都有害。过度的盐会诱导细胞内胞质钙离子浓度的增加，从而激活钙离子结合蛋白和上调钠氢反向转运蛋白移除过多的钠离子。长期以来，人们都认为盐诱导的钙离子增加肯定会涉及到植物对外界盐胁迫的感知，但背后的感应分子机制还不清楚。本文中，作者基于钙离子成像的正向遗传学筛选，鉴定分离到了一个拟南芥突变体moca1，并且鉴定到了MOCA1是一个葡糖醛糖基转移酶，作用于质膜上的糖基肌醇磷酸神经酰胺（GIPC）鞘脂。MOCA1是盐诱导的细胞表面电位去极化、钙离子峰值和波动、钠氢反向转运体激活和生长调控所必需的。钠离子会结合到GIPC上以控制钙离子内流通道。这种盐感应机制可能暗示质膜脂类参与了植物对于各种环境盐水平的适应，可用于提高农作物的耐盐性。

通讯：胡章立 (https://bio.szu.edu.cn/teachers_detail_122.html)

个人简介：1992年，西北农业大学，硕士；1994-1997年，中国科学院水生生物所，博士；1998-1999年，香港城市大学，博士后。

研究方向：海洋藻类开发与应用。

通讯：Zhen-Ming Pei (https://biology.duke.edu/people/zhen-ming-pei)

个人简介：1985年，兰州大学，学士；1990年，复旦大学，硕士；1993年，上海植物生理研究所，博士。

研究方向：植物感知外界环境信号及诱导自身响应的分子机制。

doi: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1449-z

Journal: Nature

Published date: August 08, 2019