南京农业大学生科学院谢彦杰课题组发现水稻氧化还原感受器在渗透胁迫信号转导中的分子机制

　　近日，南京农业大学生科院谢彦杰课题组在Molecular Plant上在线发表了题为“Rice GLUTATHIONE PEROXIDASE1-mediated oxidation of bZIP68 positively regulates ABA-independent osmotic stress signaling”的研究论文，揭示了水稻谷胱甘肽过氧化物酶作为氧化还原传感器感受并传递渗透胁迫信号转导的机制。

 

　　由干旱、盐害以及冷害等引起的渗透胁迫是植物生长及农业产量的重要限制因子。植物通过复杂的信号网络感知外界环境渗透势变化并作出响应。渗透胁迫通常导致活性氧的大量产生，因此氧化还原平衡的维持在植物渗透胁迫响应过程的机制研究是逆境生物学研究的重要科学问题之一。然而目前仍不清楚渗透胁迫下植物如何感知和传递氧化还原信号。

 

　　谷胱甘肽过氧化物酶（GLUTATHIONE PEROXIDASE1，GPX） 是一类基于硫醇的过氧化物酶，它可使用谷胱甘肽（GSH） 或其他还原等效物催化过氧化氢、有机过氧化物和磷脂氢过氧化物的还原。在动物中，GPX是抗氧化代谢的核心成分，它的活性中心是硒代半胱氨酸；植物GPX活性位点则是半胱氨酸，它对活性氧的清除能力远弱于其他类型的抗氧化酶（如过氧化氢酶或抗坏血酸过氧化物酶），这暗示植物GPX可能具有除抗氧化活性之外的其他重要功能。

 

　　本研究表明GPX1在水稻渗透胁迫响应过程中充当氧化还原传感器的角色。水稻在遭受渗透胁迫时活性氧大量产生，胞质GPX1迅速被氧化并形成分子内二硫键，同时向细胞核内迁移。GPX与转录因子bZIP68能发生互作。bZIP68是一个VRE-like类转录因子，它能激活下游一系列不依赖于ABA途径的渗透胁迫应答基因表达。氧化态的GPX1传递氧化信号给bZIP68，bZIP68被氧化后形成同源四聚体，进一步提高其对下游渗透胁迫响应基因的结合和激活能力，以不依赖于ABA的方式提高水稻渗透胁迫适应性。然而GPX1的核质迁移并不受氧化还原信号的影响，而受其乙酰化程度的调节。因此，本研究结果揭示了水稻GPX1作为氧化还原传感器感知和传递氧化还原信号途径与方式，也证实了氧化还原信号传递中不同类型的蛋白质翻译后修饰间的协同效应。

　　南京农业大学生命科学学院师资博士后周恒为本文的第一作者，生命科学学院谢彦杰教授为通讯作者。德国明斯特大学Irisfinkemeier教授、国家蛋白质科学中心杨靖研究员和江苏省农科院经作所袁星星副研究员也参与了部分研究。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中国博士后科学基金等项目的支持。