新研究揭示植物如何控制活性氧的产生
活性氧(ROS)是含有氧的高活性分子。这些化合物是所有生物体生物过程(例如有氧呼吸和光合作用)的正常副产品，具有剧毒。在大多数情况下，ROS 会损害细胞机制，如果不严格控制其水平，可能会引发有害的应激反应。这就是为什么抗氧化剂是我们饮食的重要组成部分。
然而，在过去的几十年里，科学家们发现，ROS通常是出于各种目的而在细胞中有意产生的。东京理科大学(TUS)的 Kazuyuki Kuchitsu 教授长期以来一直倡导 ROS 是一把双刃剑的理论。通过多项研究，Kuchitsu 教授和他的同事们已经证明，植物具有多种类型的酶，可以在各种情况下产生 ROS，例如在抵抗真菌或细菌感染时，在生长、发育和繁殖过程中，例如例如受精以及适应内部或外部压力时。
在其中一些研究中，研究人员研究了植物调节称为 NADPH 氧化酶(也称为 RBOH)的 ROS 生成酶激活的机制。它们不仅在植物中发挥着至关重要的作用，而且在动物(包括人类)和真菌中也发挥着至关重要的作用。然而，这一过程的生物学意义的许多方面仍需要探索。此外，严格调节所有生物体中这些酶的活性也至关重要。研究调节机制的演变和 RBOH 的功能是各个研究领域(包括医学和制药科学以及微生物学)的一个重要课题。
到目前为止，已经确定了 RBOH 的两种激活机制。其中之一涉及钙离子 (Ca 2+ ) 在两个称为 EF-hands 的小结构上的结合。另一种需要对特定氨基酸进行称为磷酸化的化学修饰;这种修饰是由蛋白激酶进行的。然而，这两种机制之间的确切关系以及它们如何调节 ROS 的产生仍不清楚。
在此背景下，由口津教授领导的博士生桥本隆文先生领导的研究小组进行了研究。来自启迪科技大学的学生、助理教授 Kenji Hashimoto、Shoko Tsuboyama 博士和 Hiroki Shindo 先生与 Takuya Miyakawa 博士和 Masaru Tanokura 教授合作，着手解决这一知识差距。他们之前发表了一项研究，阐明了植物 RBOH 的功能和调节机制。现在，在 2023 年 12 月 12 日发表在《Physiologia Plantarum》杂志上的最新文章中，该团队揭示了 MpRBOHB(一种 ROS 生成 RBOH)被激活的基本机制。有趣的是，这些机制似乎在所有陆地植物的 RBOH 中都是保守的。
研究人员首先通过地钱模型地钱和转基因细胞系的实验表明，MpRBOHB的激活不仅需要细胞内Ca 2+浓度的增加，而且还需要与EF手的两个区域的Ca 2+离子结合。涵盖约200个氨基酸。在这些测试中，他们使用几丁质片段触发细胞中的免疫反应，因为几丁质是霉菌和真菌等微生物细胞壁的重要组成部分。
接下来，通过对所有陆地植物中高度保守的EF手周围特殊区域的详细检查，研究人员发现了两个丝氨酸残基，当磷酸化时，它们会增加MpRBOHB的Ca 2+结合亲和力。“我们的结果表明，钙离子的结合充当激活 MpRBOHB 的分子开关，并且两个特定丝氨酸残基的磷酸化在促进这种结合中发挥着作用，”Kuchitsu 教授解释道。“我们相信，这些由保守监管领域精心策划的机制构成了管理所有陆地植物 RBOH 的基本监管流程。”
了解植物如何调节产生活性氧的酶可能对人类产生巨大的影响。获得的见解可能会产生用于在植物中人工操纵 ROS 产生的工具。反过来，这种能力可以用来提高作物产量，使植物对污染物或入侵微生物更有抵抗力，甚至利用植物来清洁环境污染物。
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