中大新聞網訊（通訊員肖仕）目前，洪澇災害在全球范圍內發生頻率劇增，災害范圍逐年擴大，已成為最重要的農業災害之一。植物長時間浸沒于洪澇/淹水環境中會導致根際氧氣含量顯著減少，從而造成低氧脅迫 (hypoxia)；長期的淹水脅迫也會使得植物所處環境中的光照強度大幅度下降，導致弱光脅迫。因此，低氧和弱光是影響植物淹水適應性的兩大關鍵因素。有研究表明，植物在淹水后復氧反應 (reoxygenation response)中，光照變化是導致細胞中過氧化物積累、影響植物逆境耐受性的重要原因；然而到目前為止，光照如何調控植物淹水及淹水后復氧應答的作用機理還不清楚。
中山大學生命科學學院植物逆境生物學方向肖仕教授團隊長期關注植物低氧感知、信號轉導及復氧應答的分子機制研究，特別是解析了植物激素茉莉素通過激活抗氧化物的生物合成，調控復氧應答中過氧化物的穩態，提升植物復氧適應性的作用機理。2022年早些時候，肖仕教授與荷蘭烏得勒支大學（Utrecht University）Laurentius A. C. J. Voesenek教授聯合撰寫特邀綜述論文，系統總結了植物在淹水后復氧過程中面臨的多重挑戰、應對策略和信號調控機制研究進展。論文重點闡述了模式植物擬南芥和水稻在淹水后恢復期各種調節通路之間的相互作用，詳細比較了植物和動物缺氧后的復氧應答機理，為未來該領域的深入研究提供了新思路。論文以“Multi-stress resilience in plants recovering from submergence”為題，于2022年10月10日在植物學權威期刊Plant Biotechnology Journal發表。
為進一步探究光信號影響植物復氧耐受性的調控機理，肖仕團隊通過分子遺傳學和生物化學分析，發現擬南芥關鍵轉錄因子MYB30的蛋白質穩定性在淹水過程中顯著下降，但在淹水后復氧過程中明顯積累，且這一動態變化受26S蛋白酶體途徑調控。表型分析顯示，與野生型相比，myb30突變體對淹水脅迫異常敏感，而MYB30-OE過表達轉基因植物表現出增強的耐受性。深入研究發現，淹水過程中，光信號核心調控因子COP1與MYB30直接互作，泛素化修飾并降解MYB30蛋白；而在淹水后恢復過程中，MYB30則通過與茉莉素信號通路轉錄因子MYC2互作，協同調控下游抗氧化相關基因VTC1和GSH1的表達，激活抗氧化物抗壞血酸和谷胱甘肽等的生物合成，進而提高植物對淹水脅迫的耐受性。進一步分子遺傳分析揭示，VTC1和GSH1的過表達轉基因植物對復氧脅迫耐受性顯著增強，且能部分恢復myb30突變體對復氧應答超敏感的表型。這一發現首次闡明了植物COP1-MYB30分子模塊整合光信號影響植物細胞內氧化還原穩態，進而調控植物淹水耐受性的作用機理，為深入理解植物低氧-復氧反應的適應性機制提供了新視角。
圖1. COP1-MYB30模塊調控植物應答復氧脅迫的工作模式圖
該論文“MYB30 integrates light signals with antioxidant biosynthesis to regulate plant responses during post-submergence recovery”，于2022年12月14日在國際權威期刊New Phytologist在線發表。謝麗娟博士（現嶺南現代農業科學與技術廣東省實驗室副教授）、博士生王建紅和畢業碩士生劉慧珊為共同第一作者，肖仕教授和陳沫先博士為共同通訊作者，中山大學生命科學學院陳月琴教授、李劍峰教授，華南農業大學仇榮亮教授參與了論文部分工作。該課題研究受到國家杰出青年科學基金項目、國家自然科學基金面上項目、青年科學基金項目、廣東省重點領域研發計劃項目等經費資助。
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