过氧化氢系统信号时空及稳态调节机制研究获进展

来源：中国科学报　2023-08-29 13:52:46

【资料图】

近日，华南农业大学光合作用与植物逆境生物学研究中心研究员彭新湘团队展示了一种新的过氧化氢系统信号时空及稳态调节机制，并为光呼吸过氧化氢信号在植物环境防御/适应中的功能提供新认知。相关成果在线发表于The Plant Journal。

传统观点认为，在植物逆境响应机制方面，过氧化氢信号受到其产生与清除系统的协同调节，但对其产生机制及生理功能至今尚未完全清楚。C3植物中约70%的过氧化氢来源于光呼吸途径中乙醇酸氧化酶（GLO）的催化反应，彭新湘团队的前期研究发现GLO与CAT（过氧化氢酶）存在可逆的互作/解离过程；在响应外部刺激时，GLO-CAT复合体可在不同状态间瞬时转换，进而通过改变二者间的物理距离调节CAT对过氧化氢的清除效率，最终诱发产生光呼吸过氧化氢信号波。

这一物理性的GLO-CAT开关机制向人们呈现了一种全新的过氧化氢信号发生机制，该研究进一步表明此开关调控的光呼吸过氧化氢信号波在钙离子信号的介导下与质外体来源的过氧化氢信号发生反向时空互作，参与植物机械损伤的快速系统响应。

钙离子和过氧化氢作为重要的系统信号分子，在植物的系统防御/适应调节中处于核心地位，但二者交流对话的分子机制尚未完全了解。研究人员首先采用药理、生化和遗传学等方法证明局部机械损伤可快速诱导系统叶片中GLO-CAT互作加强，从而导致光呼吸过氧化氢含量快速下降，同时与质外体过氧化氢含量升高形成反向时空互作；后续进一步证明了这种不同细胞区室的过氧化氢反向同步变化是由谷氨酸盐受体依赖的钙离子波所介导，当过氧化物酶体中的钙离子含量升高后，其以直接或间接的方式对GLO-CAT互作及过氧化氢产生原位调节作用。

该研究展示了一种新的过氧化氢系统信号时空及稳态调节机制，并为光呼吸过氧化氢信号在植物环境防御/适应中的功能提供了新认知。

相关论文信息：https://doi.org/10.1111/tpj.16427

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