氧化還原調節被認為是植物適應動態變化的環境的核心。基於硫醇的氧化還原調節系統在光合作用的調節中起著至關重要的作用。許多光合酶具有保守的半胱氨酸對，它們充當氧化還原開關。這些酶通常在光合作用條件下被半胱氨酸還原激活，在黑暗中被氧化失活。這種還原激活系統是在20世紀70年代發現的，它是由一種無處不在的氧化還原反應蛋白硫氧還蛋白(TRX)介導的。相反，葉綠體的氧化過程最近被認為是由Trx和Trx樣蛋白介導的。它們從氧化還原調節的蛋白質中接收還原的等價物，並通過2-半胱氨酸過氧化還蛋白將電子轉移到H2O2。這種基於氧化還原的光合作用調節系統被認為是固著植物適應波動光環境的最重要的策略之一。然而，調控系統對植物新陳代謝的影響仍不清楚。
2021年2月2日，PNAS 雜誌發表了日本東京工業學院Toru Hisabori教授團隊的題為Redox regulation of NADP-malate dehydrogenase is vital for land plants under fluctuating light environment 的研究論文，揭示NADP-蘋果酸脫氫酶的氧化還原開關保持植物在波動的光照條件下和長時間黑暗條件下的最佳生長中起著至關重要的作用。
氧化還原開關在許多光合作用相關的酶中都是保守的，例如四種Calvin-Benson循環酶甘油醛-3-磷酸脫氫酶、果糖-1，6-二磷酸酶(FBPase)、七糖-1，7-二磷酸酶和磷酸核苷激酶。此外，類囊體ATP合成酶和NADP-蘋果酸脫氫酶(MDH)受氧化還原調節。蘋果酸脫氫酶利用NADPH產生蘋果酸，將葉綠體的還原力輸出到細胞質中。這個閥門系統被認為對平衡葉綠體中的ATP/NADPH比率很重要。因此，闡明氧化還原調節的生理意義，特別是關於黑暗中的失活和在光中的微調機制具有重要的意義。
本研究證明，NADP-蘋果酸脫氫酶(MDH)的氧化還原開關在植物在變光和長時間黑暗條件下的最佳生長中起著至關重要的作用。通過利用CRISPR/Cas9介導的基因組編輯技術，在內源性MDH基因中引入突變，直接刪除其C末端調節域，該突變植株（MDHΔC-CR）的MDH缺少一個氧化還原開關，即使在黑暗的條件下也是活躍的。儘管MDH在黑暗中消耗NADPH對植物生長有害，但突變系在標準長日照條件下沒有表現出任何表型差異。相反，突變系在短日照或變光條件下表現出嚴重的生長遲緩。這些結果表明，在這些條件下，對MDH活性的巰基開關氧化還原調節對於維持葉綠體中NADPH的動態平衡是至關重要的。
本研究的意義：在標準的長日照條件下，MDH的氧化還原調節似乎是可有可無的。相反，作者證明了MDH的氧化還原調節在延長的暗期和波動的光照條件下是必不可少的。https://www.pnas.org/content/118/6/e2016903118