载脂蛋白家族起源古老、功能多样，广泛分布于原核和真核生物中，通过结合疏水分子、参与受体互作等方式行使多种生理功能。在动物中，载脂蛋白的扩张和新功能化与脊椎动物从水生到陆生的演化密切相关；植物载脂蛋白通常被分为叶绿体载脂蛋白（CHLs）和温度诱导的载脂蛋白（TILs）两类，其在植物从水生到陆生适应演化中的功能与进化研究尚属空白。

中国科学院昆明植物研究所研究团队近期通过系统发育分析，鉴定出植物载脂蛋白的第三个类型——非种子植物特异性载脂蛋白（seedless-plant-specific lipocalins, SLLs），该类群主要存在于轮藻、苔藓和蕨类等非种子植物中，在种子植物中则发生丢失，表明其可能与早期陆生植物的环境适应相关。TIL在植物各大类群中广泛分布，且与细菌载脂蛋白序列亲缘关系接近，可能通过水平基因转移事件从细菌中获得。该研究以小立碗藓为实验材料，进一步系统解析了TIL载脂蛋白在植物中的生物学功能与分子作用机制。

研究结果表明，PpTIL与有花植物拟南芥AtTIL的氨基酸序列和蛋白三级结构高度保守。PpTIL基因的表达受高温、低温、盐胁迫、干旱和脱落酸显著诱导，其功能缺失突变体对热胁迫高度敏感，活性氧积累显著增加；而基因过量表达则提升植株的热胁迫耐受性，拟南芥AtTIL基因能回补PpTIL基因缺失突变体的热胁迫敏感表型，表明TIL基因在陆生植物非生物胁迫响应中的功能保守性。与有花植物TIL仅定位于质膜不同，PpTIL在叶绿体和质膜均有定位，且参与调控小立碗藓的多个关键发育过程。在原丝体发育阶段，PpTIL通过参与生长素的生物合成与转运，影响绿丝体向轴丝体的转变。在植株形态建成中，PpTIL参与调控苔藓从二维到三维的生长转变，基因缺失突变体更早形成茎叶体，而过表达植物的茎叶体发育则显著延迟，且成熟后基因缺失和过表达株系的茎叶体数量均显著增加但体积变小，与三维生长标记基因PpSCR1、PpCLV1a/b、PpCLE3等的表达变化高度相关。此外，PpTIL还调控发育相关转录因子的活性，影响植物原生质体的再生与分化过程。

载脂蛋白的经典功能为参与脂质运输和代谢，该研究也证实了PpTIL在小立碗藓脂质代谢中发挥关键调控作用。转录组和脂质组分析显示，PpTIL基因缺失和过表达株系中多个脂代谢相关基因表达显著变化，过表达株系的总脂肪酸含量提升约20%，其中棕榈酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、亚麻酸（C18:3）等膜脂重塑关键脂肪酸含量显著增加，而基因缺失突变体中苔藓适应逆境的超长链多不饱和脂肪酸（C20:1、C20:2、C22:1、C24:1）含量显著降低。通过免疫共沉淀－质谱（IP-MS）和双荧光素酶互补实验，研究人员鉴定出多个PpTIL的互作蛋白，包括GDSL脂肪酶、磷脂酰肌醇转移蛋白等脂代谢关键蛋白，进一步证明PpTIL通过与脂代谢相关蛋白互作，调控脂质的合成与运输。同时，PpTIL还与叶绿素降解相关的PAHX（phytanoyl-CoA hydroxylase，植烷酰辅酶A羟化酶）互作，参与叶绿素代谢，影响植株的衰老。

研究同时发现，PpTIL通过与PpSAFE1蛋白相互拮抗，调控叶绿体的单线态氧（¹O₂）胁迫。PpSAFE1是定位于叶绿体的蛋白，可通过抑制¹O₂引发的胁迫反应，保护叶绿体的结构与功能。PpTIL与PpSAFE1存在互作，且二者的表达在非生物胁迫下呈相反趋势。实验显示，PpTIL过表达株系在高光胁迫下¹O₂含量显著升高，叶绿体被膜和类囊体结构受损严重，而基因缺失突变体的叶绿体结构则保持完整，表明PpTIL与PpSAFE1在叶绿体氧化胁迫中存在拮抗关系，这也是首次发现载脂蛋白参与叶绿体¹O₂胁迫的调控过程。

相关研究成果以Lipocalins regulate development and various stress responses in Physcomitrium patens为题，近日在线发表于国际知名期刊Cell Reports。中国科学院昆明植物研究所王双华副研究员为论文的第一作者，黄锦岭研究员为论文的通讯作者。河南大学马建超副教授为论文共同第一作者，昆明植物研究所王洽副研究员、关艳龙副研究员，以及上海大学胡向阳教授参与了此项研究工作。研究得到国家自然科学基金、云南省“兴滇英才支持计划”，以及云南省基础研究计划等基金项目的支持。

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图1 TIL的系统发育分析和PpTIL的亚细胞定位及在非生物胁迫中的作用

图2 PpTIL参与调控二维生长向三维生长转变、茎叶体发育、脂质代谢和¹O₂胁迫

图3 植物载脂蛋白及TIL多功能调控作用机制示意图