近日，湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院柏連陽(yáng)院士團(tuán)隊(duì)王立峰課題組在植物科學(xué)權(quán)威期刊Plant Physiology上在線發(fā)表了題為“The CANNOT RESPOND TO DMBQ 1-GLUTAREDOXIN C1 module regulates Arabidopsis root growth via quinone-induced oxidation”的研究論文，首次闡明了醌類化感物質(zhì)2,6-二甲氧基-1,4-苯醌（DMBQ）通過CARD1-GRXC1氧化還原信號(hào)模塊調(diào)控植物根系生長(zhǎng)的分子機(jī)制。該研究不僅為理解植物感知化感信號(hào)提供了嶄新視角，也為開發(fā)新型綠色控草策略提供了理論支撐。
植物之間的相互作用往往通過分泌化感物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。醌類化合物作為一類廣泛存在于自然界的化感物質(zhì)，對(duì)植物生長(zhǎng)具有顯著調(diào)控作用，然而其具體作用機(jī)制尚未明確。本研究發(fā)現(xiàn)，典型醌類物質(zhì)DMBQ處理擬南芥Col-0會(huì)導(dǎo)致根部活性氧（ROS）迸發(fā)并抑制生長(zhǎng)，而在DMBQ的感受器—CARD1功能缺失突變體card1中，這種影響會(huì)減弱。為進(jìn)一步探究DMBQ對(duì)胞內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài)的影響，作者通過氧化還原蛋白組學(xué)成功繪制了DMBQ誘導(dǎo)的半胱氨酸修飾圖譜，鑒定到237個(gè)受CARD1調(diào)控的氧化蛋白，表明DMBQ通過CARD1影響蛋白半胱氨酸修飾，進(jìn)而改變植物內(nèi)部氧化還原穩(wěn)態(tài)。聯(lián)合蛋白組學(xué)和質(zhì)譜數(shù)據(jù)，篩選到CARD1的下游蛋白谷氧還蛋白C1—GRXC1。進(jìn)一步開展LUC、BiFC和Co-IP等生化實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)CARD1與GRXC1的二聚體形式在細(xì)胞膜上發(fā)生相互作用。體內(nèi)、外磷酸化實(shí)驗(yàn)表明，CARD1能夠磷酸化GRXC1蛋白中55位蘇氨酸位點(diǎn)（Thr55），并且DMBQ處理會(huì)增強(qiáng)該磷酸化修飾豐度。此外，GRXC1磷酸化修飾會(huì)使其從二聚體轉(zhuǎn)變?yōu)閱误w形式，導(dǎo)致GRXC1與CARD1的互作減弱。遺傳學(xué)數(shù)據(jù)表明，DMBQ處理后的ROS迸發(fā)和根部生長(zhǎng)受抑制的現(xiàn)象在GRXC1功能突變體grxc1中減弱，同時(shí)在CARD1和GRXC1的回補(bǔ)材料中該現(xiàn)象被恢復(fù)，表明CARD1-GRXC1共同響應(yīng)DMBQ信號(hào)，調(diào)控植物氧化還原穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而抑制根部生長(zhǎng)，對(duì)理解作物與雜草之間基于化感效應(yīng)的互作關(guān)系具有重要啟示。
湖南雜交水稻研究中心/雜交水稻全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為本論文第一單位，湖南雜交水稻研究中心張亮助理研究員、湖南大學(xué)汪龍副教授、湖南大學(xué)已畢業(yè)碩士研究生強(qiáng)曉楠為該論文共同第一作者。我院柏連陽(yáng)院士、王立峰研究員和湖南大學(xué)于峰教授為該論文共同通訊作者。湖南雜交水稻研究中心趙正洪研究員、陳克助理研究員、劉智炫助理研究員參與了該研究。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、湖南省自然科學(xué)基金等經(jīng)費(fèi)的資助。
