Plant Cell | 山东大学向凤宁团队揭示盐胁迫次级信号H2O2参与的转录因子氧化修饰调控大豆耐盐性的新机制

大豆作为我国战略性经济作物，其产量及种植面积受到土壤盐碱化的限制。活性氧（ROS）是植物逆境胁迫响应途径中的关键信号分子，其通过对蛋白质进行氧化修饰来调控植物生长发育。因此，发现植物中氧化信号的感受蛋白、解析氧化修饰蛋白的工作机制及其生物学功能是当前的研究热点。

NAC膜结合转录因子在调控生物及非生物胁迫中发挥着重要作用，然而其如何感知盐诱导的ROS信号介导其核质穿梭从而调控耐盐性的机制尚不清楚。

2023年9月29日，山东大学向凤宁团队在The Plant Cell在线发表题为“H2O2-dependent oxidation of the endoplasmic reticulum-associated transcription factor GmNTL1 triggers translocation to the nucleus and salt tolerance in soybean”的论文，发现了大豆在盐胁迫下受氧化修饰的NAC膜结合转录因子GmNTL1，揭示了其氧化修饰调控大豆耐盐的分子机制，研究结果为阐明大豆盐胁迫响应机理提供了新思路。

该团队前期研究发现，GmNTL1在H2O2处理下由内质网转移至细胞核，然而GmNTL1是如何感受H2O2信号？GmNTL1的膜释放如何被调控尚不清楚。该研究发现，在盐胁迫诱导下H2O2对GmNTL1蛋白第247位半胱氨酸进行氧化修饰，促进其从内质网膜上释放而转移到细胞核中，从而证明了GmNTL1通过氧化修饰感受盐胁迫次级信号H2O2。进一步研究发现，GmNTL1在盐胁迫下通过氧化修饰直接激活ROS合成关键酶基因GmRbohBs表达，增强ROS水平，形成了Oxi-PTM GmNTL1-GmRbohBs的正反馈环，实现盐胁迫诱导的ROS信号的快速转化和放大，来促进大豆根伸长及盐胁迫耐受性。氧化后入核的GmNTL1直接激活下游靶基因离子通道蛋白基因GmNHX1和GmCHX1表达，降低了根部Na+积累，提高了大豆抗盐性。

该研究利用稳定遗传的核定位的过表达和RNAi大豆转基因株系，发现GmNTL1既促进根生长又提高植株盐胁迫耐受性。田间实验结果证明，过表达GmNTL1转基因大豆在低盐及高盐田地中的产量均优于对照。

A，B GmNTL1在150 mM NaCl和1 mM H2O2处理条件下亚细胞定位情况；C-G在低盐地和高盐地下过表达GmNTL1提高植株的耐盐性

综上表明，盐诱导的H2O2对GmNTL1半胱氨酸的翻译后修饰改变了其亚细胞定位，增强了其转录激活下游靶基因表达的能力，从而提高了大豆的耐盐性。

GmNTL1在盐胁迫条件下的工作模型

博士生张文晓为论文第一作者，向凤宁教授为通讯作者。该文章以山东大学为第一作者和唯一通讯作者单位。该工作得到了山东大学白明义教授、比利时根特大学Frank Van Breusegem教授和黄晶晶博士后的帮助和指导。该研究得到了国家重点研发计划、山东省-国家自然科学联合基金等项目资助。

向凤宁教授课题组多年从事大豆抗旱/耐盐碱关键基因发掘及其应用研究，发现了多个可用于我国大豆抗旱/耐盐性改良的靶点基因（The Plant Cell，2019；Plant Physiology，2016等），为大豆耐逆分子育种提供了潜在的新基因源。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koad250