近日，The Plant Journal在線發(fā)表了彭新湘研究員團(tuán)隊(duì)完成的題為“Dynamic and fluctuating generation of hydrogen peroxide via photorespiratory metabolic channeling in plants”的研究論文（論文連接：https://doi.org/10.1111/tpj.16022）。
該研究通過構(gòu)建GLO-CAT互作與H2O2含量波動同步可視化監(jiān)測系統(tǒng)，首次在細(xì)胞及植株水平展示了過氧化物酶體中H2O2含量變化與GLO-CAT互作/解離狀態(tài)的同步與偶聯(lián)，同時證明該復(fù)合體中存在高效的H2O2物理代謝通道。這一物理性的GLO-CAT開關(guān)機(jī)制（GC-switch）向人們呈現(xiàn)了一種全新的H2O2信號發(fā)生機(jī)制，該機(jī)制在植物逆境適應(yīng)過程中可能具有重要生理功能。張智勝副教授與彭新湘研究員為通訊作者，博士后李向陽為第一作者。
過氧化氫（H2O2）波動性發(fā)生受到其生成與清除過程的雙向調(diào)控，但兩者間相互協(xié)調(diào)的分子機(jī)制并不清楚。C3植物中約70%的H2O2來源于光呼吸途徑乙醇酸氧化酶（GLO）所催化的乙醇酸氧化過程，這部分H2O2的波動變化在植物逆境響應(yīng)中的作用正越來越受到關(guān)注。該團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)GLO可與過氧化氫酶（CAT）發(fā)生相互作用，并且二者的互作可被水楊酸（SA）所抑制，這表明植物中GLO-CAT可能存在動態(tài)互作/解離過程，這一物理性動態(tài)過程可能調(diào)控光呼吸H2O2含量引發(fā)H2O2波動信號（Molecular Plant，2016）。隨后進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，GLO-CAT互作/解離調(diào)控的H2O2波動信號參與了植物IAA合成代謝的調(diào)控（BMC Plant Biology，2021）。然而GLO-CAT互作/解離動態(tài)變化在植物體內(nèi)是否真實(shí)存在，該過程與H2O2波動信號之間的同步與偶聯(lián)仍缺乏直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
本研究進(jìn)一步證實(shí)了GLO和CAT直接互作形成的復(fù)合體為弱互作蛋白復(fù)合體，通過構(gòu)建可同步監(jiān)測GLO-CAT互作/解離狀態(tài)與H2O2含量的可視化熒光系統(tǒng)，在細(xì)胞及植株水平證實(shí)了GLO-CAT互作/解離狀態(tài)的變化與過氧化物酶體中H2O2含量變化緊密同步，同時證明GLO-CAT復(fù)合體中存在高效的H2O2物理代謝通道。此外該研究還證實(shí)SA、H2O2、CO2以及光/暗變化均可誘導(dǎo)植株中GLO-CAT互作/解離狀態(tài)發(fā)生快速可逆性變化并偶聯(lián)著H2O2波動性發(fā)生。但該機(jī)制在相關(guān)生理過程中的具體生理功能及作用機(jī)制仍有待后續(xù)深入研究。
(Li et al., The Plant Journal, 2022). An improved model illustrating how the GC switch modulates dynamic and fluctuating generation of H2O2 in plants. The GC switch serves as a molecular switch. GC switch sensitively and dynamically respond to SA or other environmental stimuli via interconvertible interaction states (mainly three states: highly dissociated, intermediate, and highly interacted). Turning on/off of the switch creates peroxisomal H2O2 fluctuations via metabolic channeling. Such H2O2 dynamics may serve as signals for the known functions of photorespiratory H2O2.
文圖/生命科學(xué)學(xué)院
