中大新聞網(wǎng)訊（通訊員肖仕）目前，洪澇災(zāi)害在全球范圍內(nèi)發(fā)生頻率劇增，災(zāi)害范圍逐年擴(kuò)大，已成為最重要的農(nóng)業(yè)災(zāi)害之一。植物長(zhǎng)時(shí)間浸沒(méi)于洪澇/淹水環(huán)境中會(huì)導(dǎo)致根際氧氣含量顯著減少，從而造成低氧脅迫 (hypoxia)；長(zhǎng)期的淹水脅迫也會(huì)使得植物所處環(huán)境中的光照強(qiáng)度大幅度下降，導(dǎo)致弱光脅迫。因此，低氧和弱光是影響植物淹水適應(yīng)性的兩大關(guān)鍵因素。有研究表明，植物在淹水后復(fù)氧反應(yīng) (reoxygenation response)中，光照變化是導(dǎo)致細(xì)胞中過(guò)氧化物積累、影響植物逆境耐受性的重要原因；然而到目前為止，光照如何調(diào)控植物淹水及淹水后復(fù)氧應(yīng)答的作用機(jī)理還不清楚。
中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物逆境生物學(xué)方向肖仕教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期關(guān)注植物低氧感知、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及復(fù)氧應(yīng)答的分子機(jī)制研究，特別是解析了植物激素茉莉素通過(guò)激活抗氧化物的生物合成，調(diào)控復(fù)氧應(yīng)答中過(guò)氧化物的穩(wěn)態(tài)，提升植物復(fù)氧適應(yīng)性的作用機(jī)理。2022年早些時(shí)候，肖仕教授與荷蘭烏得勒支大學(xué)（Utrecht University）Laurentius A. C. J. Voesenek教授聯(lián)合撰寫(xiě)特邀綜述論文，系統(tǒng)總結(jié)了植物在淹水后復(fù)氧過(guò)程中面臨的多重挑戰(zhàn)、應(yīng)對(duì)策略和信號(hào)調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展。論文重點(diǎn)闡述了模式植物擬南芥和水稻在淹水后恢復(fù)期各種調(diào)節(jié)通路之間的相互作用，詳細(xì)比較了植物和動(dòng)物缺氧后的復(fù)氧應(yīng)答機(jī)理，為未來(lái)該領(lǐng)域的深入研究提供了新思路。論文以“Multi-stress resilience in plants recovering from submergence”為題，于2022年10月10日在植物學(xué)權(quán)威期刊Plant Biotechnology Journal發(fā)表。
為進(jìn)一步探究光信號(hào)影響植物復(fù)氧耐受性的調(diào)控機(jī)理，肖仕團(tuán)隊(duì)通過(guò)分子遺傳學(xué)和生物化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)擬南芥關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子MYB30的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性在淹水過(guò)程中顯著下降，但在淹水后復(fù)氧過(guò)程中明顯積累，且這一動(dòng)態(tài)變化受26S蛋白酶體途徑調(diào)控。表型分析顯示，與野生型相比，myb30突變體對(duì)淹水脅迫異常敏感，而MYB30-OE過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因植物表現(xiàn)出增強(qiáng)的耐受性。深入研究發(fā)現(xiàn)，淹水過(guò)程中，光信號(hào)核心調(diào)控因子COP1與MYB30直接互作，泛素化修飾并降解MYB30蛋白；而在淹水后恢復(fù)過(guò)程中，MYB30則通過(guò)與茉莉素信號(hào)通路轉(zhuǎn)錄因子MYC2互作，協(xié)同調(diào)控下游抗氧化相關(guān)基因VTC1和GSH1的表達(dá)，激活抗氧化物抗壞血酸和谷胱甘肽等的生物合成，進(jìn)而提高植物對(duì)淹水脅迫的耐受性。進(jìn)一步分子遺傳分析揭示，VTC1和GSH1的過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因植物對(duì)復(fù)氧脅迫耐受性顯著增強(qiáng)，且能部分恢復(fù)myb30突變體對(duì)復(fù)氧應(yīng)答超敏感的表型。這一發(fā)現(xiàn)首次闡明了植物COP1-MYB30分子模塊整合光信號(hào)影響植物細(xì)胞內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而調(diào)控植物淹水耐受性的作用機(jī)理，為深入理解植物低氧-復(fù)氧反應(yīng)的適應(yīng)性機(jī)制提供了新視角。
圖1. COP1-MYB30模塊調(diào)控植物應(yīng)答復(fù)氧脅迫的工作模式圖
該論文“MYB30 integrates light signals with antioxidant biosynthesis to regulate plant responses during post-submergence recovery”，于2022年12月14日在國(guó)際權(quán)威期刊New Phytologist在線(xiàn)發(fā)表。謝麗娟博士（現(xiàn)嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室副教授）、博士生王建紅和畢業(yè)碩士生劉慧珊為共同第一作者，肖仕教授和陳沫先博士為共同通訊作者，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳月琴教授、李劍峰教授，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)仇榮亮教授參與了論文部分工作。該課題研究受到國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、青年科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)資助。
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