首次发现！硫醇氧化还原修饰调控植物应对真菌挥发物的新机制
景杰学术/解读
2019年6月21日，植物学专业期刊Plant Cell & Environment 杂志发表题为“Plant responses to fungal volatiles involve global post-translational thiol redox proteome changes that affect photosynthesis”的研究论文，研究者运用氧化还原蛋白质组学技术，分析了野生型和质体NADPH依赖性硫醇氧还蛋白还原酶C（NTRC）敲除突变体中与植物病原体链格孢菌（Alternaria alternata）挥发性物质相关的表达差异。结果发现，NTRC是植物响应微生物挥发性物质（VC）反应的重要介质，通过涉及激素信号传导和光合作用的硫醇氧化还原蛋白质组变化的机制介导对微生物VC的反应。
植物真菌病是指由植物病原真菌引起的病害。约占植物病害的70～80%，一种作物上可发现几种甚至几十种真菌病害。真菌挥发性物质主要是通过细胞分裂素（CK）和脱落酸（ABA）参与的复杂机制来促进植物的生长和光合作用。作者提出假设，植物对微生物挥发性物质的响应可能涉及到硫醇氧化还原蛋白组的变化；期间，主要通过质体NADPH依赖性硫醇氧还蛋白还原酶C（NTRC）的作用，与2-Cys过氧化物酶共同调节叶绿体的氧化还原状态。
研究者首先通过生理学研究发现ntrc在植物对微生物挥发性物质的响应中的重要性，选用拟南芥（哥伦比亚型Col-0）、ntrc突变体以及ntrc-Δ2cp突变体作为试验材料。通过生理学研究发现，真菌挥发性化合物（VC）促进了细胞分裂素（CK）和脱落酸（ABA）的改变；相对于WT而言，光合作用及根结构的变化均在ntrc突变体中明显被抑制；进而说明ntrc突变体对真菌VC的弱响应主要是由于2-Cys过氧化还原酶的表达减少而被抑制。
Figure 1. 外部表型（降低2-Cys Prx活性恢复了ntrc对真菌VC的反应）
为进一步探究植物对微生物挥发性物质的响应机制，研究者继续选用了VC处理前后的WT、ntrc突变体植株，在室温下进行iTRAQ标记。基于OxiTRAQ氧化还原蛋白质组学研究，分析发现真菌挥发性物质（VC）促进了WT叶片的硫醇氧化还原蛋白质组（尤其是光合作用相关蛋白质）的还原，及ntrc叶中的氧化。
Figure 2. VC响应氧化还原敏感蛋白的功能分类分析（灰：氧化；黑：还原）
A. alternata和其他微生物挥发出的VC对ntrc的生长和发育具有弱刺激作用，强烈表明NTRC在植物对微生物VC的反应中起着重要作用。作者进一步研究发现，淀粉缺乏的aps1和淀粉过量的植物生长与WT情况无明显差异，说明ntrc对真菌VC的弱响应不能归因于淀粉代谢的改变。且与WT不同，在ntrc中真菌VC处理时叶绿素含量没有增加，表明NTRC是经VC处理植物中影响叶绿素生物合成的主要决定因素；且没有其他还原途径可以在功能上取代NTRC。因此，NTRC是植物对VC反应的主要介质，可能是由于其对光合作用相关机制的调节作用。
Figure3. 植物响应微生物VC反应模型图
参考文献
Kinia Ameztoy, et al., 2019, Plant responses to fungal volatiles involve global post-translational thiol redox proteome changes that affect photosynthesis. Plant Cell & Environment.
本文由景杰学术团队原创，欢迎转发到朋友圈。如有转载、投稿、等其他合作需求，请添加微信ptm-market咨询。
往期精彩回顾
植物蛋白组学：7大热点运用，多篇文章解读植物蛋白质组学的重要研究成果
植物病理：专家评述 | 河南农业大学范国强组首次揭示翻译后修饰介导毛泡桐丛枝病发病新机制
4D蛋白质组学：新一代！4D蛋白质组学2019大事记
ICAR2019：重磅！第30届国际拟南芥大会会议通知（ICAR2019）
CSPB 2019：中国植物生理与植物分子生物学全国学术年会通知（CSPB2019）
除草剂：山东农业大学王金信团队研究揭示杂草植物对除草剂的抗性机制
拟南芥：Nature：磷酸化组学鉴定拟南芥共同受体BAK1免疫功能的分子机制
水稻：酰化修饰：Genome Biol：水稻组蛋白酰化修饰在逆境下调控基因表达
水稻：巴豆酰化：水稻赖氨酸巴豆酰化修饰及其对基因转录的调控
水稻：胁迫：水稻通过调控乙酰化和琥珀酰化修饰响应非生物氧化胁迫