近日，The Plant Journal在線發(fā)表了彭新湘研究員團(tuán)隊完成的題為“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（論文連接https://doi.org/10.1111/tpj.16427）。
傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，H2O2信號受到其產(chǎn)生與清除系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)節(jié)，但對其產(chǎn)生機制及生理功能至今尚未完全清楚。C3植物中約70%的H2O2來源于光呼吸途徑中乙醇酸氧化酶(GLO)的催化反應(yīng)，團(tuán)隊的前期研究發(fā)現(xiàn)GLO與CAT（過氧化氫酶）存在互作且其互作/解離具有可逆性；在響應(yīng)外部刺激時，GLO-CAT復(fù)合體可在不同狀態(tài)間瞬時轉(zhuǎn)換，進(jìn)而通過改變二者間的物理距離調(diào)節(jié)CAT對H2O2的清除效率，最終誘發(fā)產(chǎn)生光呼吸H2O2信號波。這一物理開關(guān)的揭示增添了一種新的H2O2信號發(fā)生機制（圖1）（Mol Plant，2016; Plant J，2022）。
圖1 GLO-CAT分子開關(guān)調(diào)控H2O2信號波動產(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信號波在Ca2+信號的介導(dǎo)下與質(zhì)外體來源的H2O2信號發(fā)生反向時空互作，參與植物機械損傷的快速系統(tǒng)響應(yīng)（圖2）。為應(yīng)對各種環(huán)境脅迫，植物在長期進(jìn)化過程中形成了較完善的系統(tǒng)防御/適應(yīng)機制；植物局部組織對于環(huán)境脅迫的感知，如機械損傷，可迅速激活植物的系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制，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，但二者交流對話的分子機制尚未完全了解。本研究采用藥理、生化和遺傳學(xué)等方法證明局部機械損傷可快速誘導(dǎo)系統(tǒng)葉片中GLO-CAT互作加強，從而導(dǎo)致光呼吸H2O2含量快速下降，同時與質(zhì)外體H2O2含量升高形成反向時空互作。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)。機理方面，當(dāng)過氧化物酶體中的Ca2+含量升高后，以直接或間接方式對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)信號時空及穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機制，并為光呼吸H2O2信號在植物環(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氧化酶來源的H2O2含量升高（Plant J, 2023）
生命科學(xué)學(xué)院博士后李向陽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。以上研究得到國家重點研發(fā)計劃（2020YFA0907600）、國家自然科學(xué)基金青年項目（32200205）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目（2019B030302006）以及中國博士后科學(xué)基金（2022M711206）的資助。
