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活性氧作為重要的信號分子，在植物抵御病原菌侵染、響應逆境脅迫以及維持正常生長發(fā)育的多個生物學過程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。在多種活性氧分子中，過氧化氫具有較長的半衰期，可調(diào)控干細胞分化、花粉管伸長、氣孔發(fā)育、果實成熟等植物發(fā)育過程，但過氧化氫如何與其他信號途徑協(xié)同作用，共同調(diào)控植物發(fā)育過程卻不甚清楚。

中國科學院植物研究所秦國政研究組以番茄果實為研究對象發(fā)現(xiàn)，過氧化氫可引起m⁶A RNA去甲基化酶SlALKBH2發(fā)生氧化修飾形成同源二聚體，促進SlALKBH2蛋白穩(wěn)定，保障其在果實成熟過程中發(fā)揮功能。這揭示了過氧化氫信號協(xié)同m⁶A修飾調(diào)控果實成熟的新機制。

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)控多個生物學途徑。研究推測，前期工作鑒定到的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。為了驗證這一假設，研究將SlALKBH2編碼基因在煙草中瞬時表達并利用過氧化氫進行處理。結果顯示，SlALKBH2對過氧化氫敏感，在氧化條件下通過分子間二硫鍵形成同源二聚體。在番茄果實成熟過程中，研究同樣觀察到SlALKBH2形成同源二聚體的現(xiàn)象，且過氧化氫處理增強二聚體形成。進一步，研究發(fā)現(xiàn)，過氧化氫處理可加速番茄果實成熟進程，而這一現(xiàn)象在slalkbh2突變體材料中顯著減弱，說明SlALKBH2氧化修飾參與過氧化氫誘導的果實成熟調(diào)控。

為鑒定在同源二聚體形成過程中發(fā)揮關鍵作用的半胱氨酸，研究對SlALKBH2分子中的10個半胱氨酸進行單點或組合突變，發(fā)現(xiàn)第39位半胱氨酸對同源二聚體的形成至關重要。進一步，分析表明，氧化修飾使SlALKBH2蛋白質(zhì)更加穩(wěn)定，但不影響其去甲基化酶活性。研究通過篩選和鑒定SlALKBH2的互作蛋白發(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)，進而影響SlALKBH2的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性和生物學功能。

上述研究建立了活性氧信號與表觀轉(zhuǎn)錄組之間的內(nèi)在聯(lián)系，增進了科研人員對植物發(fā)育和果實成熟分子機制的認知，為利用基因編輯技術改良作物品種提供了新的策略和方法。

1月10日，相關研究成果在線發(fā)表在《自然-植物》（Nature Plants）上。研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院穩(wěn)定支持基礎研究領域青年團隊計劃、博士后創(chuàng)新人才支持計劃等的支持。

論文鏈接

研究簡報

SlALKBH2氧化修飾參與過氧化氫誘導的番茄果實成熟調(diào)控