【科研进展】韦革宏教授团队揭示硫化氢通过调节氧化还原稳态及转录因子调控大豆根瘤衰老的新机制

近日，西北农林科技大学生命科学学院韦革宏教授团队陈娟课题组在《Plant Physiology》上发表了题为“Rhizobia cystathionine γ-lyase-derived H2S delays nodule senescence in soybean”的研究论文。硫化氢（H2S）通过硫巯基化修饰过氧化氢（H2O2）解毒过程中的重要抗氧化酶抗坏血酸过氧化物酶（APX）Cys80残基增强其酶活性，同时特异性抑制转录因子GmMYB128的高表达，延缓大豆根瘤衰老。该研究结果表明，H2S在维持大豆根瘤的高效固氮和防止根瘤过早衰老方面发挥着重要作用。

H2S在大豆根瘤菌共生互作过程中发挥重要作用，然而其在大豆根瘤衰老调节过程中的作用机制仍需进一步探究。该研究发现，根瘤菌中编码H2S合成关键酶胱硫醚γ裂解酶的基因CSE突变导致其缺乏H2S合成能力，接种突变菌的大豆根瘤提前衰老，表现为固氮酶活性降低、豆血红蛋白含量降低、共生体膜分解和类菌体加速死亡等。同时，根瘤菌CSE突变促进大豆根瘤内活性氧（ROS）的产生并激活抗氧化响应。通过改良生物素转化法和质谱分析，鉴定到抗氧化酶APX的Cys31残基和Cys8残基以及APX2的Cys32残基会被H2S介导的硫巯基化修饰，H2S通过该蛋白翻译后修饰作用调节它们的抗氧化酶活性，从而参与调控大豆根瘤衰老。进一步通过比较转录组确定MYB家族转录因子在H2S调控大豆根瘤衰老过程中起到关键作用。GmMYB128在接种CSE突变菌的大豆根瘤中表达水平显著上调，毛根转化实验结果表明，GmMYB128过表达植株接种CSE突变根瘤菌后表现出叶绿素含量显著降低，固氮酶活性降低，根瘤衰老标志性基因DD15表达显著增加，分别过表达或干扰GmMYB128对根瘤功能没有显著影响，但在NaHS处理后，GmMYB128过表达/干扰植株的LbA和LbC1表达水平显著升高，固氮酶活性增强，明确了GmMYB128的表达受到H2S特异性调控，是大豆根瘤衰老的正调控因子。

在本研究中，研究人员揭示了根瘤菌产生的H2S通过调节氧化还原稳态及转录因子调控大豆根瘤衰老的新机制，阐述了H2S在减缓大豆根瘤从固氮到衰老过程中的重要作用，对于开发基于H2S策略以延长大豆高效固氮时间和增加植物整体氮供应具有重要意义。

西北农林科技大学韦革宏教授和陈娟副研究员为论文共同通讯作者，西北农林科技大学博士研究生刘武雨为该论文的第一作者，博士研究生张卫勤和硕士研究生程华平、硕士研究生丁钰新参与了研究工作，上官周平研究员参与合作研究，该研究得到了国家自然科学基金委等项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae411

编辑：黄海瀛

终审：王   存