Plant Cell |我室吕应堂教授课题组揭示盐胁迫抑制植物生长的分子机制

2023年1月24日，Plant Cell杂志在线发表了杂交水稻全国重点实验室吕应堂课题组题为“Salt stress-induced chloroplastic hydrogen peroxide stimulates pdTPI sulfenylation and methylglyoxal accumulation”的研究论文，该研究揭示了盐胁迫如何诱导甲基乙二醛(methylglyoxal, MG)产生以抑制植物生长的分子机制。

  植物在生长发育过程中受到各种各样的生物或非生物的胁迫, 如高温、盐渍、干旱、害虫等。这些胁迫影响植物的代谢、生长、发育和产量。植物在受到环境胁迫时, 会产生甲基乙二醛/丙酮醛(methylglyoxal, MG)。MG具有很强反应能力的α,β-酮醛，会破环蛋白和DNA，引起MG胁迫。以往研究表明高浓度的MG被认为是一种细胞毒害剂，而低浓度下是一种信号分子, 调节种子萌 发、植物生长、发育、生殖等多种生理过程和胁迫响应。在正常生理条件下, 植物细胞内MG水平受到严格的调控, 维持在较低的无毒的生理水平。然而, 在胁迫条件下, 植物细胞内MG水平迅速上升, 增加2~6倍, 成为植物对环境胁迫的响应信号.

  高盐度是一种不利的环境因素，影响全球约20%的灌溉耕地，通过引起氧化应激，破坏细胞成分和干扰全球新陈代谢来抑制植物生长和发育。然而，活性氧是否以及如何干扰盐胁迫植物的新陈代谢仍然难以捉摸。

  该研究报道盐诱导的过氧化氢（H2O2）抑制叶绿体磷酸丙糖异构酶（pdTPI）的活性以促进甲基乙二醛（MG）积累并刺激pdTPI在半胱氨酸74处的磺酰化。  

  此外 ，该研究还表明，MG是限制植物生长的关键因素，因为MG水平的降低完全挽救了pdtpi突变体的发育迟缓和抑制的盐胁迫耐受性。

  此外，将过氧化氢酶2（CAT2）靶向叶绿体以防止盐诱导的H₂O₂过度积累赋予盐胁迫耐受性，揭示了叶绿体H₂O₂在盐引起的植物损伤中的作用。最后 ，该研究证明了H₂O₂介导的MG积累反过来诱导H₂O₂的产生，从而形成一个调节环，进一步抑制盐胁迫植物中的pdTPI活性。因此，我们的研究结果说明了盐胁迫如何诱导MG产生以抑制植物生长。

论文链接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article-abstract/doi/10.1093/plcell/koad019/7003928?redirectedFrom=fulltext