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“Wounding induces a peroxisomal H2O2 decrease via glycolate oxidase-catalase switch dependent on glutamate receptor-like channel-supported Ca2+ signaling in plants”的研究論文（論文鏈接https://doi.org/10.1111/tpj.16427）。
傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，在植物逆境響應(yīng)機(jī)制方面，H2O2信號(hào)受到其產(chǎn)生與清除系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)節(jié)，但對(duì)其產(chǎn)生機(jī)制及生理功能至今尚未完全清楚。C3植物中約70%的H2O2來(lái)源于光呼吸途徑中乙醇酸氧化酶(GLO)的催化反應(yīng)，團(tuán)隊(duì)的前期研究發(fā)現(xiàn)GLO與CAT（過(guò)氧化氫酶）存在互作且其互作/解離具有可逆性；在響應(yīng)外部刺激時(shí)，GLO-CAT復(fù)合體可在不同狀態(tài)間瞬時(shí)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而通過(guò)改變二者間的物理距離調(diào)節(jié)CAT對(duì)H2O2的清除效率，最終誘發(fā)產(chǎn)生光呼吸H2O2信號(hào)波。這一物理開關(guān)的揭示增添了一種新的H2O2信號(hào)發(fā)生機(jī)制（圖1）（Mol Plant，2016; Plant J，2022）。
圖1 GLO-CAT分子開關(guān)調(diào)控H2O2信號(hào)波動(dòng)產(chǎn)生 (Plant J, 2022)
本研究進(jìn)一步表明此開關(guān)調(diào)控的光呼吸H2O2信號(hào)波在Ca2+信號(hào)的介導(dǎo)下與質(zhì)外體來(lái)源的H2O2信號(hào)發(fā)生反向時(shí)空互作，參與植物機(jī)械損傷的快速系統(tǒng)響應(yīng)（圖2）。為應(yīng)對(duì)各種環(huán)境脅迫，植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成了較完善的系統(tǒng)防御/適應(yīng)機(jī)制；植物局部組織對(duì)于環(huán)境脅迫的感知，如機(jī)械損傷，可迅速激活植物的系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，進(jìn)而調(diào)節(jié)自身的生理狀態(tài)和形態(tài)特征以更好地適應(yīng)環(huán)境。Ca2+和H2O2作為重要的系統(tǒng)信號(hào)分子，在植物的系統(tǒng)防御/適應(yīng)調(diào)節(jié)中處于核心地位，但二者交流對(duì)話的分子機(jī)制尚未完全了解。本研究采用藥理、生化和遺傳學(xué)等方法證明局部機(jī)械損傷可快速誘導(dǎo)系統(tǒng)葉片中GLO-CAT互作加強(qiáng)，從而導(dǎo)致光呼吸H2O2含量快速下降，同時(shí)與質(zhì)外體H2O2含量升高形成反向時(shí)空互作。進(jìn)一步證明了這種不同細(xì)胞區(qū)室的H2O2反向同步變化是由谷氨酸鹽受體依賴的Ca2+波所介導(dǎo)。機(jī)理方面，當(dāng)過(guò)氧化物酶體中的Ca2+含量升高后，以直接或間接方式對(duì)GLO-CAT互作及H2O2產(chǎn)生原位調(diào)節(jié)作用。該研究展示了一種新的H2O2系統(tǒng)信號(hào)時(shí)空及穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制，并為光呼吸H2O2信號(hào)在植物環(huán)境防御/適應(yīng)中的功能提供新認(rèn)知。
圖2 虛線左側(cè)，GLR介導(dǎo)GC-H2O2含量下降；虛線右側(cè)，GLR介導(dǎo)NADPH氧化酶來(lái)源的H2O2含量升高（Plant J, 2023）
生命科學(xué)學(xué)院博士后李向陽(yáng)和碩士研究生陳琳茹為論文的共同第一作者，張智勝副研究員和彭新湘研究員為論文的共同通訊作者。以上研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2020YFA0907600）、國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（32200205）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目（2019B030302006）以及中國(guó)博士后科學(xué)基金（2022M711206）的資助。
文/圖 生命科學(xué)學(xué)院
