山东大学白明义课题组揭示过氧化氢参与油菜素内酯信号转导的分子机制
2018/3/15 来源:BioArt植物

活性氧是植物在进行有氧代谢过程中不可避免的副产物,在遭遇胁迫逆境时,活性氧会在植物体内会积累,对蛋白质、DNA、脂质造成氧化伤害,引起细胞损伤,所以长期以来认为活性氧是一类毒害分子。然而近年来研究发现活性氧,尤其是其中的过氧化氢分子(Hydrogen peroxide ,H2O2)还可作为信号分子调控植物的生长发育和逆境响应,但其具体的信号转导途径以及过氧化氢如何与其他激素信号和环境信号交叉互作来调控植物生长发育和逆境响应的机理并不清楚。


3月14日,山东大学生命科学学院白明义课题组在Nature Communications 在线发表了题为“Hydrogen peroxide positively regulates brassinosteroid signaling through oxidation of the BRASSINAZOLE-RESISTANT1 transcription factor”的研究论文,揭示过氧化氢参与植物激素油菜素内酯信号转导的分子机制,为探索过氧化氢在植物体内的作用机理、完善油菜素内酯的调控网络提供了新的依据。


油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)是一种重要的植物甾醇类激素,控制着植物生长发育的众多生命活动过程包括种子萌发,细胞伸长,气孔发育,开花时间控制,育性发育等等。在本研究中,研究人员发现BR促进植物细胞伸长和维持植物干细胞微环境需要H2O2,如果去除H2O2会导致植物对BR不敏感。进一步的研究表明H2O2能诱导BR信号转导中关键的转录因子BZR1和BES1在保守的半胱氨酸位点发生氧化修饰,并且这种氧化修饰促进了BZR1与其互做蛋白PIF4和ARF6的结合,提高了BZR1的转录活性,从而促进植物的细胞伸长。此外,研究人员还发现硫氧还蛋白TRXh5能与BZR1相互结合,并催化BZR1从氧化态转变还原态,从而抑制BZR1的活性,进而抑制植物的细胞伸长。H2O2和TRXh5相互拮抗通过调控BZR1的氧化还原状态调控了植物的细胞伸长。这项工作揭示了H2O2一个新的信号转导途径,为我们研究H2O2在植物中的功能提供了一个新的研究方向和技术平台。


A model for the regulatory network integrating BR and H2O2signals in cell elongation.


据悉,山东大学博士研究生田延臣,副研究员樊敏和已毕业的硕士秦照霞为本文第一作者,白明义教授为本文的通讯作者。本研究得到了国家基金委自然科学基金,科技部国家基础研究重大项目和山东省杰出青年的资助。