光合作用與植物逆境生物學研究中心彭新湘團隊在光呼吸依賴的H2O2波動信號發生機製方麵取得新進展

審核發布:宣傳部 曾子焉 來源單位及審核人:生命科學學院 王海洪 發布時間:2022-11-17瀏覽次數:10

  近日,The Plant Journal在線發表了彭新湘研究員團隊完成的題為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

  該研究通過構建GLO-CAT互作與H2O2含量波動同步可視化監測係統,首次在細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/解離狀態的同步與偶聯,同時證明該複合體中存在高效的H2O2物理代謝通道。這一物理性的GLO-CAT開關機製(GC-switch)向人們呈現了一種全新的H2O2信號發生機製,該機製在植物逆境適應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,博士後李向陽為第一作者。

  過氧化氫(H2O2)波動性發生受到其生成與清除過程的雙向調控,但兩者間相互協調的分子機製並不清楚。C3植物中約70%H2O2來源於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中的作用正越來越受到關注。該團隊前期研究發現GLO可與過氧化氫酶(CAT)發生相互作用,並且二者的互作可被水楊酸(SA)所抑製,這表明植物中GLO-CAT可能存在動態互作/解離過程,這一物理性動態過程可能調控光呼吸H2O2含量引發H2O2波動信號(Molecular Plant2016)。隨後進一步研究發現,GLO-CAT互作/解離調控的H2O2波動信號參與了植物IAA合成代謝的調控(BMC Plant Biology2021)。然而GLO-CAT互作/解離動態變化在植物體內是否真實存在,該過程與H2O2波動信號之間的同步與偶聯仍缺乏直接實驗證據。

  本研究進一步證實了GLOCAT直接互作形成的複合體為弱互作蛋白複合體,通過構建可同步監測GLO-CAT互作/解離狀態與H2O2含量的可視化熒光係統,在細胞及植株水平證實了GLO-CAT互作/解離狀態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複合體中存在高效的H2O2物理代謝通道。此外該研究還證實SAH2O2CO2以及光/暗變化均可誘導植株中GLO-CAT互作/解離狀態發生快速可逆性變化並偶聯著H2O2波動性發生。但該機製在相關生理過程中的具體生理功能及作用機製仍有待後續深入研究。

  (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/生命科學學院


 


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