植物逆境生物学方向 | 肖仕团队揭示光调控植物复氧应答的新机制

目前，洪涝灾害在全球范围内发生频率剧增，灾害范围逐年扩大，已成为最重要的农业灾害之一。植物长时间浸没于洪涝/淹水环境中会导致根际氧气含量显著减少，从而造成低氧胁迫 (hypoxia)；长期的淹水胁迫也会使得植物所处环境中的光照强度大幅度下降，导致弱光胁迫。因此，低氧和弱光是影响植物淹水适应性的两大关键因素。有研究表明，植物在淹水后复氧反应 (reoxygenation response)中，光照变化是导致细胞中过氧化物积累、影响植物逆境耐受性的重要原因；然而到目前为止，光照如何调控植物淹水及淹水后复氧应答的作用机理还不清楚。

白菜官网植物逆境生物学方向肖仕教授团队长期关注植物低氧感知、信号转导及复氧应答的分子机制研究，特别是解析了植物激素茉莉素通过激活抗氧化物的生物合成，调控复氧应答中过氧化物的稳态，提升植物复氧适应性的作用机理。今年早些时候，肖仕教授与荷兰乌得勒支大学（Utrecht University）Laurentius A. C. J. Voesenek教授联合撰写特邀综述论文，系统总结了植物在淹水后复氧过程中面临的多重挑战、应对策略和信号调控机制研究进展。论文重点阐述了模式植物拟南芥和水稻在淹水后恢复期各种调节通路之间的相互作用，详细比较了植物和动物缺氧后的复氧应答机理，为未来该领域的深入研究提供了新思路。论文以“Multi-stress resilience in plants recovering from submergence”为题，于10月10日在植物学学术期刊Plant Biotechnology Journal发表。

为进一步探究光信号影响植物复氧耐受性的调控机理，肖仕团队通过分子遗传学和生物化学分析，发现拟南芥关键转录因子MYB30的蛋白质稳定性在淹水过程中显著下降，但在淹水后复氧过程中明显积累，且这一动态变化受26S蛋白酶体途径调控。表型分析显示，与野生型相比，myb30突变体对淹水胁迫异常敏感，而MYB30-OE过表达转基因植物表现出增强的耐受性。深入研究发现，淹水过程中，光信号核心调控因子COP1与MYB30直接互作，泛素化修饰并降解MYB30蛋白；而在淹水后恢复过程中，MYB30则通过与茉莉素信号通路转录因子MYC2互作，协同调控下游抗氧化相关基因VTC1和GSH1的表达，激活抗氧化物抗坏血酸和谷胱甘肽等的生物合成，进而提高植物对淹水胁迫的耐受性。进一步分子遗传分析揭示，VTC1和GSH1的过表达转基因植物对复氧胁迫耐受性显著增强，且能部分恢复myb30突变体对复氧应答超敏感的表型。这一发现首次阐明了植物COP1-MYB30分子模块整合光信号影响植物细胞内氧化还原稳态，进而调控植物淹水耐受性的作用机理，为深入理解植物低氧-复氧反应的适应性机制提供了新视角。

图1. COP1-MYB30模块调控植物应答复氧胁迫的工作模式图

该论文“MYB30 integrates light signals with antioxidant biosynthesis to regulate plant responses during post-submergence recovery”，于12月14日在国际学术期刊New Phytologist在线发表。谢丽娟博士（现岭南现代农业科学与技术广东省实验室副教授）、博士生王建红和毕业硕士生刘慧珊为共同第一作者，肖仕教授和陈沫先博士为共同通讯作者，白菜官网陈月琴教授、李剑峰教授、华南农业大学仇荣亮教授参与了论文部分工作。该课题研究受到国家杰出青年科学基金项目、国家自然科学基金面上项目、青年科学基金项目、广东省重点领域研发计划项目等经费资助。

论文链接：

论文一：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13944

论文二：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.18674

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