近日，湖南省農業(yè)科學院柏連陽院士團隊王立峰課題組在植物科學權威期刊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2,6-二甲氧基-1,4-苯醌（DMBQ）通過CARD1-GRXC1氧化還原信號模塊調控植物根系生長的分子機制。該研究不僅為理解植物感知化感信號提供了嶄新視角，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來實現(xiàn)。醌類化合物作為一類廣泛存在于自然界的化感物質，對植物生長具有顯著調控作用，然而其具體作用機制尚未明確。本研究發(fā)現(xiàn)，典型醌類物質DMBQ處理擬南芥Col-0會導致根部活性氧（ROS）迸發(fā)并抑制生長，而在DMBQ的感受器—CARD1功能缺失突變體card1中，這種影響會減弱。為進一步探究DMBQ對胞內氧化還原穩(wěn)態(tài)的影響，作者通過氧化還原蛋白組學成功繪制了DMBQ誘導的半胱氨酸修飾圖譜，鑒定到237個受CARD1調控的氧化蛋白，表明DMBQ通過CARD1影響蛋白半胱氨酸修飾，進而改變植物內部氧化還原穩(wěn)態(tài)。聯(lián)合蛋白組學和質譜數(shù)據(jù)，篩選到CARD1的下游蛋白谷氧還蛋白C1—GRXC1。進一步開展LUC、BiFC和Co-IP等生化實驗，發(fā)現(xiàn)CARD1與GRXC1的二聚體形式在細胞膜上發(fā)生相互作用。體內、外磷酸化實驗表明，CARD1能夠磷酸化GRXC1蛋白中55位蘇氨酸位點（Thr55），并且DMBQ處理會增強該磷酸化修飾豐度。此外，GRXC1磷酸化修飾會使其從二聚體轉變?yōu)閱误w形式，導致GRXC1與CARD1的互作減弱。遺傳學數(shù)據(jù)表明，DMBQ處理后的ROS迸發(fā)和根部生長受抑制的現(xiàn)象在GRXC1功能突變體grxc1中減弱，同時在CARD1和GRXC1的回補材料中該現(xiàn)象被恢復，表明CARD1-GRXC1共同響應DMBQ信號，調控植物氧化還原穩(wěn)態(tài)，進而抑制根部生長，對理解作物與雜草之間基于化感效應的互作關系具有重要啟示。
湖南雜交水稻研究中心/雜交水稻全國重點實驗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、湖南大學汪龍副教授、湖南大學已畢業(yè)碩士研究生強曉楠為該論文共同第一作者。我院柏連陽院士、王立峰研究員和湖南大學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。本研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、湖南省自然科學基金等經費的資助。
