研究人员在模式植物拟南芥中发现了一种新的低氧信号通路

气候变化增加了极端天气的发生。到目前为止，大多数焦点都集中在长期干旱和高温期。然而，降水强度形成了另一种威胁，因为过多的水会导致内涝或在极端情况下导致洪水，导致植物的低氧胁迫。

由IPK莱布尼茨研究所和比勒费尔德大学领导的一个研究小组报告说，在模式植物拟南芥中发现了一种新的低氧信号通路。分子途径将低氧期间的线粒体应激信号与转录适应反应的启动联系起来。研究结果已发表在《美国国家科学院院刊》上。

好氧反应对于维持植物生长和发育至关重要。由于水供应过多(例如在内涝或洪水期间)而导致的氧气供应受损，会降低植物的生产力和存活率。因此，植物监测氧气的可用性，以相应地调整生长和新陈代谢。

尽管近年来确定了缺氧适应的核心成分，但对低氧反应早期激活所涉及的分子途径了解不足，长时间的胁迫将对植物产量和存活产生不利影响。

细胞包含多个细胞器，包括内质网(ER)，这是一种围绕细胞核的大型动态管状结构，参与蛋白质合成和脂质代谢。研究人员表征了三种ER锚定的拟南芥ANAC转录因子，即ANAC013，ANAC016和ANAC017，它们与缺氧核心基因(HCG)子集的启动子结合并激活其表达。缺氧时，核ANAC013与多种HCG的启动子结合。

结果发现，与ER膜结合的休眠转录因子(ANAC013)在低氧胁迫下通过其锚定结构域的蛋白水解切割释放。随后，活化的ANAC013蛋白行进到细胞核以启动转录重编程以诱导适应性反应。

“我们不仅确定了负责这种初始重编程的转录因子，而且还确定了蛋白酶，即能够切割蛋白质的酶，从ER膜释放ANAC013，”IPK研究小组负责人Jozefus Schippers博士说种子开发。蛋白酶属于一类所谓的菱形蛋白酶，几乎存在于所有物种中以调节细胞过程。

然而，这些蛋白酶的底物以前在植物中没有报道，这表明我们工作中未发现的机制的新颖性。

此外，研究人员能够证明菱形蛋白酶对ANAC013的切割依赖于线粒体衍生的信号。

“我们预计探索上游信号的分子性质对于理解细胞器通讯将非常感兴趣。此外，由于由ANAC013因子及其加工蛋白酶组成的新鉴定模块在植物中高度保守，我们设想获得的结果可以转化为作物以提高其耐涝性，“比勒费尔德大学的Romy Schmidt-Schippers教授博士说。