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Plant Journal | 活性氧调节生长素信号途径的机制

花匠小妙招
2025-05-04 22:31

责编 | 逸云

活性氧（Reactive oxygen species, ROS）是在大多数好氧生物中重要的信号分子，在植物抗逆、免疫以及各种发育过程中发挥重要作用。研究表明，在大豆、水稻和拟南芥等植物中ROS可以调控植物侧根（LR）的形成并且这一过程与生长素有关【1,2】。生长素可激活LR形成区域中RBOH（Respiratory burst oxidase homologs）诱导的ROS产生，促进LR的形成【3,4】。ROS对生长素的信号传导产生影响，但是其作用模式尚不清楚。

氧化脂羰基（Oxylipin carbonyls）是一类不同长度、不饱和度和氧化程度的化合物。活性羰基（Reactive carbonyl species，RCS）是具有α,β-不饱和键的氧化脂羰基，对植物生理具有重要作用，例如4-羟基-(E)-2-壬烯醛、丙烯醛和丙二醛【5】。RCS具有很高的亲电性，可以与蛋白质和核酸形成共价键，从而发挥各种生物学效应，如蛋白质功能的改变、防御基因的诱导和突变【6,7】。

近日，日本Tottori University 的 Jun'ichi Mano 研究组在 Plant Journal 在线发表了一篇题为 Reactive oxygen species and reactive carbonyl species constitute a feed-forward loop in the auxin signaling for lateral root formation 的研究论文， 揭示了RCS参与ROS 调控的拟南芥生长素信号传导的作用模式。

该研究发现，向拟南芥根中添加生长素会显著增加LR形成区域RCS（例如丙烯醛、4-羟基壬烯醛和巴豆醛）的水平，并且RCS的增加发生在LR形成之前。相反，添加羰基清除剂肌肽会显著抑制生长素诱导的LR形成。外源添加RCS可诱导DR5启动子表达和LR形成位点的生长素响应基因（TIR1、IAA14、ARF7、LBD16、PUCHI）的表达，促进LR的形成，而不增加内源生长素水平。外源性RCS可以激活LR形成位点的生长素响应基因和DR5启动子的表达，并促进LR的形成，而不增加内源生长素水平。另外，表型分析发现RCS对LR形成的促进作用依赖于生长素受体TIR1或AFB2的存在，同时，RCS促进Aux / IAA阻遏蛋白的降解。

ROS和RCS对生长素信号传导的前馈调节

综上所述，该研究表明生长素诱导的ROS及其下游产物RCS的产生以前馈（feed-Forward）方式调节生长素信号传导途径， RCS是连接ROS信号传导和生长素信号传导途径的关键因子。

参考文献

【1】Su, G, X., Zhang, W. H. and Liu, Y. L. (2006) Involvement of hydrogen peroxide generated by polyamine oxidative degradation in the development of lateral roots in soybean. J. Integr. Plant Biol. 48, 426–432

【2】 Chen, Y.H., Chao, Y. Y., Hsu, Y.Y. and Kao, C. H. (2013) Heme oxygenase is involved in H2O2-induced lateral root formation in apocynin treated rice. Plant Cell Rep. 32, 219–226.

【3】 Ma, F., Wang, L., Li, J., Samma, M. K., Xie, Y., Wang, R., Wang, J., Zhang, J. and Shen, W. (2014) Interaction between HY1 and H2O2 in auxin induced lateral root formation in Arabidopsis. Plant Mol. Biol. 85, 49–61

【4】Orman-Ligeza, B., Parizot, B., de Rycke, R., Fernandez, A., Himschoot, E., Breusegem, F. V., Bennett, M. J., Périlleux, C., Beeckman, T. and Draye, X. (2016) RBOH-mediated ROS production facilitates lateral root emergence in Arabidopsis. Development, 143, 3328–3339

【5】Mano, J. (2012) Reactive carbonyl species: Their production from lipid peroxides, action in environmental stress, and the detoxification mechanism. Plant Physiol. Biochem. 59, 90–97

【6】West, J. D. and Marnett, L. J. (2005) Alterations in gene expression induced by the lipid peroxidation product, 4-hydroxy-2-nonenal. Chem. Res. Toxicol. 18, 1642-1653.

【7】 Wible, R. S. and Sutter, T. R. (2017) Soft cysteine signaling network: The functional significance of cysteine in protein function and the soft acids/bases thiol chemistry that facilitates cysteine modification. Chem. Res. Toxicol. 30, 729–762.

https://doi.org/10.1111/tpj.14456