广东
过氧化氢（H2O2）是一种在生物体内广泛存在的信号分子，对免疫反应等生命活动有重要调控作用，但其感知机制还不清楚。生物体内的蛋白质上的半胱氨酸和甲硫氨酸残基能通过被H2O2氧化修饰来感知H2O2信号。过去研究多关注于过氧化物酶这类H2O2感应蛋白，而其他蛋白的相关机制还有很多未知的地方。
1月14日，西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室陈学伟教授带领的水稻重大病害抗性机制研究团队在国际权威期刊《Cell Research》（IF5y=36.5）在线发表了题为《Rice transcription factor bHLH25 confers resistance to multiple diseases by sensing H2O2》（水稻转录因子bHLH25通过感知H2O2产生广谱抗病性）的研究论文，揭示了水稻转录因子bHLH25通过第256位甲硫氨酸残基（M256）感应H2O2，先后调控木质素合成和抗菌素合成这两条免疫通路，进而增强植物对多种病原体的抗病能力。
该研究发现bHLH25介导的抗病机制为：当植物遭到稻瘟菌等病原菌的侵袭时，植物自身会产生H2O2，H2O2会让bHLH25的第256位甲硫氨酸残基（M256）发生氧化修饰，氧化后的bHLH25会结合到miR397b前体基因的启动子上，并抑制miR397b的表达，积累漆酶基因的mRNA。这个过程使得植物木质素合成增强，细胞壁变得更坚固，能更好地抵御病原菌的入侵。而木质素合成的过程中会消耗掉一部分H2O2，使得bHLH25又转变回非氧化状态。非氧化状态的bHLH25又会结合到抗菌素合成酶基因CPS2的启动子上，促进CPS2的表达，从而增强抗菌素的合成，帮助植物抵抗那些已经进入体内的病原菌。bHLH25的这种作用机制很可能在植物中广泛存在，并赋予植物对多病害的广谱抗性。
这项研究不仅阐明了植物利用单个蛋白动态调控两条相对独立但又先后发生的抗病通路，还发现了植物是通过bHLH25的氧化和非氧化状态来巧妙地维持H₂O₂、木质素和抗菌素之间的微妙平衡，避免这三者中任何一个物质过度积累而对植物细胞造成伤害，实现正常生长同时有效抗病。而且，由于bHLH25基因能让植物对多种病害都有抗性，bHLH25基因的优异等位变异可用于作物广谱抗病育种，这为作物的广谱抗病育种提供新的基因资源和技术手段，对农业生产具有重大的理论价值。
图1 bHLH25通过M256氨基酸残基感应H2O2以增强植物抗病性的模型图
国家重点实验室廖海澄博士、在读博士生方宇、尹俊杰副教授、贺闽教授和在读博士生魏英杰为论文的共同第一作者，陈学伟教授和王静教授为论文的共同通讯作者。该研究由四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室陈学伟带领的水稻重大病害抗性机制研究团队主导，与美国加州大学戴维斯分校、斯洛伐克共和国兹沃伦技术大学、日本帝京大学等国内外科研机构合作完成。研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、新基石研究员项目、四川自然科学基金等项目资助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41422-024-01058-4
来源：四川农业大学
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