活性氧作為重要的信號(hào)分子，在植物抵御病原菌侵染、響應(yīng)逆境脅迫，以及維持正常生長(zhǎng)發(fā)育的多個(gè)生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮重要調(diào)控作用。在多種活性氧分子中，過(guò)氧化氫（H2O2）具有較長(zhǎng)的半衰期，可調(diào)控干細(xì)胞分化、花粉管伸長(zhǎng)、氣孔發(fā)育、果實(shí)成熟等植物發(fā)育過(guò)程，受到了廣泛關(guān)注，但是它如何與其他信號(hào)途徑協(xié)同作用，共同調(diào)控植物發(fā)育過(guò)程卻不甚清楚。

國(guó)家植物園（南園）秦國(guó)政研究組以番茄果實(shí)為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)H2O2可引起m6A RNA去甲基化酶SlALKBH2發(fā)生氧化修飾形成同源二聚體，促進(jìn)SlALKBH2蛋白穩(wěn)定，保障其在果實(shí)成熟過(guò)程中發(fā)揮功能，從而揭示了H?O?信號(hào)協(xié)同m6A修飾調(diào)控果實(shí)成熟的新機(jī)制。

m6A RNA甲基化修飾廣泛存在于真核生物的mRNA分子上，參與調(diào)控多個(gè)生物學(xué)途徑。在該研究中，研究人員首先推測(cè)，前期工作中鑒定到的m6A去甲基化酶SlALKBH2作為雙加氧酶，自身可能存在氧化還原修飾。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，科研人員將SlALKBH2編碼基因在煙草中瞬時(shí)表達(dá)并用H2O2進(jìn)行處理，結(jié)果顯示SlALKBH2對(duì)H2O2敏感，在氧化條件下通過(guò)分子間二硫鍵形成同源二聚體。在番茄果實(shí)成熟過(guò)程中，同樣觀察到SlALKBH2形成同源二聚體的現(xiàn)象，且H2O2處理進(jìn)一步增強(qiáng)二聚體形成。此外，H2O2處理可加速番茄果實(shí)成熟進(jìn)程，而這種現(xiàn)象在slalkbh2突變體材料中顯著減弱，說(shuō)明SlALKBH2氧化修飾參與了H2O2誘導(dǎo)的果實(shí)成熟調(diào)控。

SlALKBH2氧化修飾參與H2O2誘導(dǎo)的番茄果實(shí)成熟調(diào)控

為了鑒定在同源二聚體形成過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的半胱氨酸，研究人員對(duì)SlALKBH2分子中的10個(gè)半胱氨酸進(jìn)行了單點(diǎn)或組合突變，發(fā)現(xiàn)第39位半胱氨酸（Cys39）對(duì)同源二聚體的形成至關(guān)重要。進(jìn)一步分析表明，氧化修飾使SlALKBH2蛋白質(zhì)更加穩(wěn)定，但是不影響其去甲基化酶活性。研究人員進(jìn)一步對(duì)SlALKBH2的互作蛋白進(jìn)行了篩選和鑒定并發(fā)現(xiàn)硫氧還蛋白還原酶SlNTRC與SlALKBH2發(fā)生相互作用。SlNTRC能夠調(diào)控SlALKBH2的氧化還原狀態(tài)，進(jìn)而影響SlALKBH2的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性和生物學(xué)功能。

這項(xiàng)研究建立了活性氧信號(hào)與表觀轉(zhuǎn)錄組之間的內(nèi)在聯(lián)系，不僅增進(jìn)了對(duì)植物發(fā)育和果實(shí)成熟分子機(jī)制的理解，而且為利用基因編輯技術(shù)改良作物品種提供了新的策略和方法。

研究成果于近日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature Plants上，期刊同期在Research Briefing欄目發(fā)表研究簡(jiǎn)報(bào)，對(duì)該成果進(jìn)行了推薦。國(guó)家植物園（南園）周磊磊副研究員為論文第一作者，秦國(guó)政研究員為通訊作者，博士研究生高廣通、湯仁坤、劉金瑩等參與了該研究工作。國(guó)家植物園（南園）梁振昌研究員、田世平研究員對(duì)該工作進(jìn)行了重要指導(dǎo)。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)和博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

果實(shí)品質(zhì)形成與保持研究組

組長(zhǎng)：秦國(guó)政研究員

郵箱：gzqin@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

以番茄和草莓為主要研究材料，解析果實(shí)成熟和衰老過(guò)程中色澤、風(fēng)味等品質(zhì)形成的分子機(jī)制及其調(diào)控基礎(chǔ)，為培育高品質(zhì)、耐貯藏的果實(shí)品種提供依據(jù)。同時(shí)，也為果實(shí)采后品質(zhì)保持和貯藏保鮮技術(shù)的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻