近期，浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院植物營養(yǎng)生物學(xué)團(tuán)隊(duì)李保海研究員、林咸永教授應(yīng)邀在國際權(quán)威綜述期刊Trends in Plant Science上在線發(fā)表了題為The Emerging Role of GSNOR in Oxidative Stress Regulation的綜述論文。浙江大學(xué)為第一署名單位，李保海研究員為第一作者，林咸永教授為共同通訊作者，孫成亮博士和美國SALK生物研究所Wolfgang Busch教授為共同作者。
圖1 GSNOR通過氧化脅迫途徑調(diào)節(jié)了眾多生物與非生物脅迫響應(yīng)
氧化還原反應(yīng)是生命體最基本的過程之一。氧化脅迫是指氧化還原系統(tǒng)的失衡造成氧化還原信號(hào)和控制系統(tǒng)的破壞，并或造成分子損傷的過程。氧化脅迫是植物應(yīng)答各種生物和非生物脅迫中的最普遍生理現(xiàn)象。ROS、RNS和鐵是啟動(dòng)或介導(dǎo)氧化脅迫最常見的介質(zhì)。GSNOR作為保守的亞硝基谷胱甘肽還原酶，調(diào)控了眾多非生物和生物脅迫響應(yīng)。該文總結(jié)了李保海研究員本人研究成果（Li et al., Nature Communications. 2019，10:3896）和國內(nèi)外同行的新近研究成果，闡述了氧化脅迫的概念發(fā)展與主要調(diào)節(jié)因子的研究進(jìn)展，強(qiáng)調(diào)了鐵在氧化脅迫調(diào)節(jié)中的重要作用，提出了GSNOR作為植物氧化脅迫的核心調(diào)節(jié)基因的概念（圖1），并對(duì)GSNOR蛋白翻譯后調(diào)節(jié)機(jī)制和GSNOR在植物群體中的進(jìn)化機(jī)制進(jìn)行了深入討論。
圖2 一氧化氮（NO）和過氧化氫（H2O2）通過不同半胱氨酸殘基調(diào)節(jié)GSNOR功能與周轉(zhuǎn)
作為GSNO的主要代謝酶，GSNOR在RNS穩(wěn)態(tài)平衡中發(fā)揮了極其重要的作用。RNS既可誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生，也可與多種ROS反應(yīng)，從而引發(fā)或增強(qiáng)氧化應(yīng)激反應(yīng)，這些氧化應(yīng)激反應(yīng)廣泛參與了人類疾病的發(fā)生過程和植物對(duì)生物或非生物脅迫的響應(yīng)過程。鐵在RNS與ROS的互作中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。RNS和ROS積累可以通過基于不同的半胱氨酸蛋白后修飾調(diào)控GSNOR的酶活性和蛋白周轉(zhuǎn)，從而進(jìn)一步控制RNS和ROS的激發(fā)（圖1，2）。
圖3 GSNOR在植物種間和種內(nèi)的自然變異規(guī)律
此外，在多種植物中發(fā)現(xiàn)了GSNOR基因復(fù)制和以非編碼區(qū)域自然變異為主的GSNOR微進(jìn)化現(xiàn)象，這種GSNOR微進(jìn)化形成的GSNOR自然變異體可改變植物對(duì)鐵依賴的NO和H2O2介導(dǎo)氧化損傷的耐性。非常有意思的是，GSNOR的蛋白序列、GSNO代謝酶功能和對(duì)鐵依賴氧化損傷的耐性功能在許多植物種類間都是高度保守的（圖3）。因此，未來有望通過分子育種方法操控GSNOR來提高植物對(duì)生物脅迫和非生物脅迫的抗性。
全文詳見鏈接 https://doi.org/10.1016/j.tplants.2020.09.004
