山东农大杨国栋/郑成超教授团队揭示ABA介导植物与环境互作，如何由相识到相知的分子机制

作者：iPlants 2024/8/7 13:53:06

随着全球气候变化，高温干旱等极端天气频发且持续时间长，给植物生存及农业生产带来极大挑战。什么是调控植物适应长期逆境胁迫的关键因子？目前认为，1963年发现的植物激素脱落酸（abscisic acid，ABA）起着关键的核心调控作用。经过60多年的探索，对于ABA信号的识别以及应激反应了解较深入，但关于ABA如何帮助植物长期适应逆境胁迫的机制却知之甚少。2024年8月5日，Nature Communications在线发表了来自山东农业大学题为：“N-glycosylation of SnRK2s affects NADPH maintenance in peroxisomes during prolonged ABA signalling”的研究长文，首次揭示了ABA信号转导途径如何由早期的应激反应过渡至长期适应的分子机制。

SnRK2是ABA信号转导途径关键的蛋白激酶，snrk2突变体（snrk2.2/2.3/2.6三突变体）完全失去对ABA信号的响应。在短期ABA处理时, SnRK2.2/2.3主要定位于细胞核，激活ABA响应基因的表达（比如增加脯氨酸合成酶基因的转录表达，以大量合成渗透调节物质脯氨酸，减少细胞在干旱条件下失水）。延长ABA处理时间，该研究论文首次发现，SnRK2.2/2.3发生N-糖基化修饰，并促使SnRK2.2/2.3逐渐由细胞核定位过渡到过氧化物酶体定位。一方面，细胞核SnRK2积累的减少，显著抑制了ABA响应基因的转录，为植物在逆境条件下生存节约了宝贵能量；另一方面，定位到过氧化物酶体的SnRK2，通过调控磷酸戊糖途径的代谢，增加了细胞还原力NADPH的积累，通过维持细胞氧化还原状态的动态平衡，保障植物适应长期胁迫的生长环境。SnRK2亚细胞定位的动态变化构建了ABA信号转导，由短期的细胞核转录应激响应过渡到长期的过氧化物酶体代谢调控，最终达成与环境相适应。高盐和渗透胁迫会造成同样的SnRK2亚细胞定位动态变化。该研究论文阐明了ABA如何介导植物与环境信号由相识（短期应激响应）到相知（长期适应）过程中的分子调控机制（见下图）。

模式图：随着ABA处理时间延长，SnRK2蛋白激酶的N-糖基化修饰，调控植物细胞由短期细胞核转录响应逐渐过渡至过氧化物酶体代谢调控。

无论植物、动物，氧化胁迫是逆境造成的一种普遍结果。细胞最终都要通过适应氧化胁迫，从而达到适应长期逆境胁迫的目的。目前普遍认为，过氧化物酶体是细胞感应氧化胁迫、调控氧化-还原平衡的关键，是细胞在胁迫条件下代谢的中心。那么，逆境胁迫是如何启动细胞的过氧化物酶体代谢的？本研究证明了ABA诱导SnRK2定位于过氧化物酶体，启动过氧化物酶体代谢以促进植物适应长期胁迫。过氧化物酶体SnRK2的发现，为ABA信号转导新机制的挖掘、植物适应长期胁迫的分子机制的深入解析、以及作物抗逆性遗传改良提供了新思路。

山东农业大学为本论文的唯一完成单位和通讯单位，路俊尧博士为论文第一作者，杨国栋和郑成超为论文通讯作者。另外，吴长艾、黄金光、颜康和张世忠教授也参与了该工作。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-50720-3