2025年1月，Molecular Plant期刊在線發(fā)布了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)丁新華教授課題組題為“Control of H2S synthesis by the monomer-oligomer transition of OsCBSX3 for modulating rice growth-immunity balance”的研究論文。該研究揭示了胱硫醚β合成酶OsCBSX3通過其單體-寡聚體轉(zhuǎn)換調(diào)控硫化氫的合成，進(jìn)而在平衡水稻生長(zhǎng)與免疫反應(yīng)，特別是在調(diào)控水稻對(duì)條斑病和白葉枯病抗性方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。
研究背景
硫化氫（H2S）作為一種關(guān)鍵的內(nèi)源性氣體信號(hào)分子，對(duì)維持植物正常生理功能至關(guān)重要。其濃度依賴性調(diào)控機(jī)制影響植物種子萌發(fā)、根系發(fā)育等多種生長(zhǎng)過程，同時(shí)能有效抑制褐腐病菌、軟腐病等真菌的生長(zhǎng)。然而，水稻中H2S的合成途徑及其在調(diào)節(jié)對(duì)條斑病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola，Xoc）和白葉枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae，Xoo）抗性中的作用及其機(jī)制仍待闡明。
研究?jī)?nèi)容
研究發(fā)現(xiàn)，OsCBSX3蛋白在水稻中以單體和寡聚體兩種狀態(tài)并存，OsTrxZ蛋白和PsbO蛋白在調(diào)控OsCBSX3單體與寡聚體轉(zhuǎn)換過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，這一過程對(duì)平衡水稻的生長(zhǎng)與免疫至關(guān)重要。過表達(dá)OsCBSX3或PsbO能提升水稻H2S含量及其抗條斑病和白葉枯病的能力，oscbsx3和psbo突變體則表現(xiàn)出H2S含量減少及抗條斑病和白葉枯病能力降低。過表達(dá)OsTrxZ導(dǎo)致水稻H2S含量下降，且對(duì)條斑病和白葉枯病敏感性增加，而ostrxz突變體則展現(xiàn)出H2S含量上升及對(duì)這兩種病害的抗性增強(qiáng)。當(dāng)Xoc或Xoo入侵水稻后，依賴PsbO的OsCBSX3寡聚化水平逐漸升高，這一過程有助于OsCBSX3進(jìn)入葉綠體促進(jìn)H2S的合成，并進(jìn)一步強(qiáng)化水稻的防御反應(yīng)。此外，研究證實(shí)H2S可以作為一種免疫信號(hào)分子，能有效觸發(fā)水稻體內(nèi)活性氧的爆發(fā)，上調(diào)防御相關(guān)基因的表達(dá)，從而顯著提高水稻對(duì)條斑病和白葉枯病的抗性。但當(dāng)H2S濃度過高時(shí)，H2S會(huì)將OsCBSX3還原成單體，促進(jìn)其與PsbO蛋白的解離，并加強(qiáng)其與OsTrxZ蛋白的結(jié)合。OsTrxZ蛋白通過催化OsCBSX3由寡聚體向單體的還原，精細(xì)地調(diào)節(jié)H2S的合成，以緩解H2S過度積累可能對(duì)水稻正常生長(zhǎng)產(chǎn)生的不利影響。
圖1 PsbO和OsTrxZ拮抗調(diào)節(jié)OsCBSX3寡聚體和單體平衡
綜上，PsbO和OsTrxZ在調(diào)節(jié)OsCBSX3寡聚體與單體轉(zhuǎn)換過程中發(fā)揮拮抗作用，從而平衡水稻的免疫反應(yīng)與生長(zhǎng)發(fā)育。這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了我們對(duì)水稻免疫應(yīng)答機(jī)制的理解，也為通過遺傳改良手段提升作物病害抗性提供了理論依據(jù)。
圖2 OsCBSX3依賴自身單體-寡聚體轉(zhuǎn)換調(diào)控硫化氫合成及平衡水稻生長(zhǎng)
免疫新機(jī)制
作者簡(jiǎn)介
山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院丁新華教授為通訊作者，在讀博士研究生張海淼為第一作者。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后Muhammad Zunair Latif、在讀博士研究生孫寶龍、在讀碩士研究生呂蕾、已畢業(yè)碩士研究生劉洋、李洋副教授、尹梓屹教授、路沖沖副教授、趙海朋副教授、孔令廣高級(jí)實(shí)驗(yàn)師及揚(yáng)州大學(xué)吳濤博士等參與了該項(xiàng)研究。研究工作得到了山東省重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（ZR2022ZD23）和國(guó)家自然基金（32272557, 32072500）等項(xiàng)目的資助。
責(zé)任編輯：丁新華
供稿審核：薛超彬
終審：安寧
