陕西
植物如何感知环境变化并协调生长、发育与防御？过去，活性氧(ROS)、活性氮(RNS)和活性硫(RSS)被视为“代谢毒物”；如今，它们已被确认为核心信号分子。而实现这种信号转导的关键角色，正是蛋白质半胱氨酸(Cys)残基的可逆氧化翻译后修饰(Cys-OxiPTMs)——一套精密的“氧化还原密码”。
近日，Journal of Genetics and Genomics在线发表山东农业大学、兰州大学、西北农林科技大学、南京林业大学、中国农业大学、河南大学和安徽农业大学七家单位合作题为“Current landscape of Cys-OxiPTMs in plants: from hormone signaling to phenotypic control and their potential in sustainable agriculture”的综述论文。该论文系统总结了植物Cys-OxiPTMs的化学基础、激素调控网络、农艺性状影响、检测技术及其在农业应用中的潜在价值，提出从“读取”到“书写”氧化还原密码的作物设计新范式。
植物激素的信号传递，离不开这些“分子开关”。该综述首先介绍了Cys-OxiPTMs参与植物生命活动调控的分子基础，并总结其在激素信号传递和环境响应中的作用。在干旱等逆境条件下，Cys-OxiPTMs可启动控水机制，让叶片关闭气孔减少失水；在病菌侵染时，可激活植物免疫通路。同时，Cys-OxiPTMs还参与调控根系发育、开花时间、果实成熟快慢、籽粒大小等农艺性状。同一处“开关”，不同信使的“拨动”可能产生完全相反效果，使植物能够灵活平衡生长与防御，不会顾此失彼。
此外，研究团队总结了近年来用于解析Cys-OxiPTMs的新技术，这些检测技术能够区分单纯细胞损伤与具备调控功能的氧化修饰，解决过去研究中难以定位育种靶点的难题。文章进一步提出氧化还原育种新思路：不用大规模修改基因，仅通过精准微调单个关键氧化修饰位点或调控配套平衡蛋白，有望打破“抗逆、增产无法兼顾”的固有矛盾。在农业应用方面，微调水稻相关的氧化修饰可增大谷粒、提升产量；改造抗旱相关调控因子有助于实现作物在干旱条件下不减产；调控果蔬成熟相关信号可延长保鲜周期。同时，该综述也客观分析了现有技术的局限，提出从实验室走向田间落地的完整方案。
改写植物“氧化还原密码”的工程策略、应用方向与挑战
综上所述，该综述总结了Cys-OxiPTMs在调控植物生长发育、抗逆和重要农艺性状中的关键作用，系统整合植物生理、分子育种、生物技术等多方面研究进展，推动相关研究从现象解析走向精准设计、定向改良的新阶段，为利用氧化还原调控优化作物性状、应对气候变化和发展可持续绿色农业提供理论支撑。
作者简介
山东农业大学赵丹、兰州大学黄飞飞和山东农业大学张海淼为该综述共同第一作者。西北农林科技大学郑远、兰州大学吴飞华、山东农业大学丁新华、巩彪为共同通讯作者。南京林业大学谢彦杰、中国农业大学毕国志、河南大学刘文成、安徽农业大学韩毅和西北农林科技大学陈娟参与撰写。该研究得到国家自然科学基金等项目资助。
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