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。迄今为止，大多数关注点都集中在长时间的干旱和炎热时期。然而，降水强度构成了另一个威胁，因为过多的水会导致内涝，在极端情况下会导致洪水泛滥，从而导致植物缺氧。

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型低氧信号通路。分子通路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。该结果已发表在美国国家科学院院刊上。

有氧反应对于维持植物生长和发育至关重要。由于可用水过多(例如，在涝渍或洪水期间)导致的可用氧气减少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组成部分，但对参与低氧反应极早激活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。

一个细胞包含多个细胞器，包括内质网(ER)，它是一个大型的动态管状结构，围绕着细胞核并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它们的表达。缺氧时，核ANAC013与多个HCG的启动子相关联。

发现结合到ER膜的休眠转录因子(ANAC013)在低氧胁迫下通过其锚定域的蛋白水解切割释放。随后，激活的ANAC013蛋白进入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，它从ER膜释放ANAC013，”IPK种子研究小组负责人JozefusSchippers博士说发展。该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没有在植物中报道过，表明我们工作中未发现机制的新颖性。

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信号。

“我们希望探索上游信号的分子性质对于理解细胞器通讯具有极大的兴趣。此外，由于新发现的由ANAC013因子及其加工蛋白酶组成的模块在植物中高度保守，我们预计获得的结果可以转化为作物以提高它们的耐涝性，”比勒费尔德大学的RomySchmidt-Schippers教授说。