拟南芥中发现了一种新的低氧信号通路

　　一个研究小组报告了在模式植物拟南芥中发现了一种新的低氧信号通路。研究结果已发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

　　

   

   

图片:经历洪水和低氧胁迫的植物，与未受胁迫的植物相比，表现出严重的生长缺陷。在低氧压力下，线粒体发出应激信号，触发应激适应。其中一个信号导致转录因子ANAC013被菱形蛋白酶(RBL2)切割和释放。

资料来源:IPK莱布尼茨研究所

气候变化增加了极端天气的发生。到目前为止，人们最关注的是持续的干旱和炎热时期。然而，降水强度形成了另一种威胁，因为过量的水会导致内涝，在极端情况下会导致洪水，导致植物的低氧胁迫。氧气是维持植物生长发育所必需的。由于过量的水而导致的缺氧会降低植物的生产力和存活率。因此，植物监测氧气的可用性，以相应地调整生长和代谢。尽管近年来已经确定了缺氧适应的核心成分，但参与低氧反应早期激活的分子途径的研究尚不充分响。IPK莱布尼茨研究所的研究人员确认了一种内质网膜结合的休眠转录因子(ANAC013)，在低氧胁迫下通过其锚定域的蛋白水解裂解被释放，并转移到细胞核中，以启动耐受低氧应激所需的转录重编程和诱导适应性反应。此外，研究表明，转录因子的释放可能是由于目前未知的线粒体逆行信号，该信号通过菱形蛋白酶促进卵裂。这个发现揭示了菱形蛋白酶在非生物应激信号传导中的基本作用。研究发表在新一期的PNAS上。

内质网是细胞的一种细胞器，表现为围绕细胞核的动态管状结构，参与蛋白质合成和脂质代谢。研究人员鉴定了三种锚定内质网的拟南芥ANAC转录因子，即ANAC013、ANAC016和ANAC017，它们结合在缺氧核心基因(HCGs)子集的启动子上并激活它们的表达。然而，只有ANAC013在缺氧开始时活跃，即在应激1.5 h后，向细胞核移位，以实现快速转录重编程。缺氧时，核ANAC013与多个HCGs的启动子结合。研究表明，ANAC013跨膜区域的残基是转录因子从ER释放所必需的，并提供了缺氧条件下RBL2蛋白酶介导ANAC013释放的证据。ANAC013也会在线粒体功能障碍时被RBL2释放。与ANAC013敲除系一样，RBL敲除突变体表现出低氧耐受性受损。

IPK研究小组“种子开发”负责人Jozefus Schippers博士说:“我们不仅确定了负责这种初始重编程的转录因子，还确定了蛋白酶，即能够切割蛋白质的酶，从ER膜释放ANAC013。”该蛋白酶属于一类所谓的菱形蛋白酶，存在于几乎所有物种中，以调节细胞过程。然而，这些蛋白酶的底物在植物中未见报道，这表明研究所揭示的机制具有新颖性。

此外，研究人员能够证明菱形蛋白酶对ANAC013的裂解依赖于线粒体衍生的信号。“我们预计，探索上游信号的分子性质将对理解细胞器通信很有帮助。此外，由于新发现的由ANAC013因子及其加工蛋白酶组成的模块在植物中高度保守，我们设想所获得的结果可以转化，为作物提高其耐涝性，”比勒费尔德大学的Romy Schmidt-Schippers教授说。