【Nat Communi】植物逆境中心Kim組揭示葉綠體如何識別活性氧分子(ROS)

2021-01-21 iPlants

2019年6月27日，Nature Communications雜誌在線發表了來自中科院上海植物逆境生物學研究中心Chanhong Kim教授課題組題為「Oxidative post-translational modification of EXECUTER1 is required for singlet oxygen sensing in plastids」的研究論文。該研究發現了EXECUTER1的氧化翻譯後修飾對其識別1O2有重要作用，揭示了植物葉綠體中識別單線氧的分子機制。

   葉綠體中游離四吡咯類化合物，如葉綠素，在吸收光能後產生的單線氧分子(1O2)一直被認為是植物光合作用中產生的毒性副產物。2004年，KlausApel教授及其研究團隊首次發現1O2在葉綠體向細胞核的反向信號通路中起到重要作用，並在隨後的遺傳學研究指出這一信號通路主要是由細胞核編碼的葉綠體蛋白EXECUTER1介導，由此確立了1O2在細胞信號通路中的重要意義，開拓了活性氧分子介導的葉綠體向細胞核的反向信號通路研究的新思路。然而，長久以來，關於葉綠體中識別1O2的分子機制尚不明確。

 Chanhong Kim教授課題組綜合利用質譜及遺傳學方法，發現在EXECUTER1的643位色氨酸（Trp643）發生1O2特異性的翻譯後氧化修飾，對1O2識別起到重要作用 （圖1）。Trp643位於EXECUTER1的未知功能結構域DUF3506（現命名為SOS結構域）中，氧化後的Trp643可以促進FtsH蛋白酶體對EXECUTER1的降解，進而完成1O2信號的傳遞。同時這一發現也指出了識別1O2之後，EXECUTER1在被降解過程中可能釋放出向細胞核傳遞的信號分子，對這一信號分子的鑑定將會成為下一步的研究方向。


圖 1. EX1介導1O2信號通路. 游離四吡咯類化合物，如葉綠素，在吸收光能後產生的單線氧分子(1O2). 1O2可以氧化EX1SOS結構域(即DUF3506結構域)中643位的色氨酸。氧化後的EX1及其複合物被FtsH蛋白酶體識別並降解，是1O2信號得以被識別並進一步傳遞的先決條件。EX1在被降解過程中可能釋放出向細胞核傳遞的信號分子，進而調控細胞核中1O2特異性基因的表達，完成由葉綠體向細胞核的反向信號傳導。


該研究由中國科學院戰略性先導科技專項(Grant No. XDB27040102)，中科院百人計劃(Grant No. 31871397)，國家自然科學研究基金（NSFC，Grant No. 31850410478）共同支持。外國青年學者研究基金 (Grant No. 31850410478) 及國際人才計劃也同時給予了大力支持。


論文連結：https://www.nature.com/articles/s41467-019-10760-6


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