Nature Plants | 中科院植物所邓馨研究组揭示CYBDOM-RbohD调控植物抗旱新机制

干旱是影响植物生长发育主要非生物胁迫之一。在全球气候变化导致极端干旱频发的态势下，解析植物耐旱机制、提高植物耐旱阈值，对于保障农业生产和生态稳定至关重要。复苏植物能在失水90%的极端干旱下存活，研究复苏植物的抗氧化代谢和氧化还原蛋白在耐旱过程中的作用机制，对于理解植物的干旱适应机制具有重要意义。

近日，中国科学院植物研究所邓馨研究组在Nature Plants上发表了题为Plasma membrane CYBDOM proteins catalyse apoplastic AsA regeneration and interact with RbohD to activate autophagy and drought tolerance in plants的研究论文，揭示了CYBDOM-RbohD模块调控植物抗旱的新机制。

该研究以我国分布的复苏植物旋蒴苣苔（Boea hygrometrica）和模式植物拟南芥作为研究对象，发现了旋蒴苣苔细胞质膜上的CYBDOM蛋白BhDB及其拟南芥同源蛋白AtDB1与NADPH氧化酶RbohD互作，促进了RbohD与自噬相关蛋白ATG8以及货物蛋白水通道蛋白PIP2;7的结合，最终激活PIP2;7选择性自噬的一条新途径。该途径能够减少H₂O₂信号的产生和积累，重建细胞质膜内外的氧化还原平衡，从而增强植物的抗旱性，提高植物抗旱阈值。

该研究发现，BhDB和AtDB1凭借跨膜电子传递的生化活性，可作为植物抗坏血酸（AsA）的跨膜外流载体。胞内合成的AsA能够为CYBDOM提供细胞质侧的电子供体，而质外体空间的单脱氢抗坏血酸（MDA）可接受电子并被还原为AsA，从而促进AsA在质外体侧的积累。质外体AsA增强CYBDOM与RbohD的相互作用，提高蛋白稳定性，进而促进CYBDOM-RbohD模块介导的PIP2;7选择性自噬途径。这一途径能够动态调控RbohD和PIP2;7的质膜定位比例，并调节RbohD激活的ROS信号途径。该研究为深入理解AsA在植物细胞中的代谢、运输及其生理功能拓展了新的维度。

CYBDOM与RbohD互作激活水通道蛋白（AQP）选择性自噬途径及其干旱调控模式图

综上，该研究首次揭示了质膜ROS信号生成的关键蛋白RbohD不仅具有传统的NADPH氧化酶功能，还作为选择性自噬的货物蛋白受体发挥作用，且这一功能受到CYBDOM蛋白的调控。另一方面，RbohD的产物H₂O₂在不同植物中表现出差异调控作用：促进旋蒴苣苔CYBDOM表达，进一步激活CYBDOM-RbohD模块介导的PIP2;7选择性自噬途径；却抑制拟南芥CYBDOM的表达，从而弱化其对RbohD本身介导的ROS途径的制衡作用。这种物种间调控模式的差异，既阐明了复苏植物旋蒴苣苔耐受极端干旱的特殊机制，也为理解植物在进化过程中形成的多样化干旱适应策略提供了的分子基础。这些发现为通过人工手段提升植物抗旱能力、应对全球气候变化提供了重要理论依据。

植物所已毕业博士研究生陈秀秀、靳松松、杜红及首都师范大学博士研究生刘泽宾为论文共同第一作者，植物所邓馨研究员和北京林业大学林金星教授为论文通讯作者。首都师范大学侯聪聪副研究员、南非斯坦陵布什大学John P. Moore教授、植物所王晓华等科研人员和唐玲等硕博研究生参与了该项研究。该研究得到了国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”重点专项和自然科学基金项目的资助。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-025-02057-y