中山大学生命科学学院肖仕教授团队在植物低氧感知研究中取得重要进展

中山大学生命科学学院肖仕教授团队首次发现调控植物低氧感知与信号转导的钙依赖蛋白激酶，并揭示了钙信号由细胞质到细胞核的转导新机制。该工作以“Calcium-dependent activation of CPK12 facilitates its cytoplasm-tonucleus translocation to potentiate plant hypoxia sensing by phosphorylating ERF-VII transcription factors”为题，于2023 年4 月4 日在线发表在Molecular Plant 。

低氧胁迫（hypoxia）是植物最常见的非生物胁迫之一，长时间低氧环境严重影响植物的正常生长发育、地理生态分布和农作物产量。在长期淹水条件下，植物无法与外界进行有效的气体交换，土壤中的氧气被植物根系及土壤微生物迅速消耗，植物细胞面临严峻的低氧胁迫。同时，在植物氧气高消耗的器官或组织如种子、果实、根尖和茎尖分生组织等中，低氧也常常作为信号因子影响植物的代谢与发育进程。目前，植物低氧响应生理和信号应答机制已较为清晰，而植物如何感知低氧的分子调控机理还知之甚少。

钙离子是细胞信号转导中的第二信使。当植物遭受逆境胁迫时，刺激胞外钙离子进入细胞内或胞内钙库释放钙离子，导致胞质钙离子浓度升高，引发钙信号转导。肖仕教授团队前期通过蛋白质磷酸化组学和生化分析，发现低氧胁迫诱导胞质钙离子浓度上升，从而促使钙依赖蛋白激酶CPK12 的186位丝氨酸发生自磷酸化而被激活。遗传分析证实，CPK12过表达转基因植株对低氧胁迫的耐受性显著增强，而CPK12-RNAi植株则对低氧胁迫异常敏感。与其生理功能一致，186 位丝氨酸突变显著抑制了CPK12过表达植物对低氧耐受性增强的表型。进一步通过亚细胞定位分析和体内体外验证，揭示低氧下磷酸化的CPK12从细胞质转移至细胞核中，结合并磷酸化植物低氧感知核心转录因子ERFVIIs，增强其蛋白稳定性，从而促进植物对低氧胁迫的感知和信号转导。

研究表明，低氧诱导植物中多不饱和酰基辅酶A（C18∶3-CoA）积累，且C18∶3-CoA 作为关键脂质信号分子介导ERF-VII 与膜锚定蛋白ACBPs 的解离和向核转移，调控植物低氧应答，而CPK12 对ERF-VIIs 稳定性的调控作用则依赖于ACBPs介导的C18∶3-CoA 信号。深入研究发现，磷脂酸PA 与CPK12高亲和度结合，诱导CPK12在低氧下的核质易位。相反，14-3-3蛋白则通过与磷酸化CPK12互作，抑制CPK12入核，从而负调控ERF-VIIs介导的低氧信号转导。

综上所述，该研究首次揭示低氧诱导的钙信号激活钙依赖蛋白激酶CPK12，在磷脂酸PA和支架蛋白14-3-3的通力协助下，从细胞质穿梭至细胞核，激活植物低氧感知关键因子ERF-VIIs，增强植物低氧信号转导的新机理（图1），研究成果对深入理解植物逆境信号应答的调控网络具有重要意义。

论文链接：https：//doi.org/10.1016/j.molp.2023.04.002

◆团队简介◆

肖仕教授团队长期从事植物低氧感知与信号转导研究，在植物低氧信号调控机理方面取得重要进展，揭示了钙依赖蛋白激酶、丝裂原活化蛋白激酶、转录因子和脂质分子在植物低氧及低氧后复氧适应性建成中的功能机制，相关成果已在Molecular Plant、The Plant Cell、New Phytologist、Plant Biotechnology Journal、Progress in Lipid Research、Journal of Integrative Plant Biology 等国际权威刊物上发表。

肖仕教授2012 年入选“国家海外高层次人才计划青年项目”，2017年获“国家杰出青年科学基金”项目资助，2019年入选国家“万人计划”科技创新领军人才，并获得美国和中国授权专利8项，2021年以第一完成人获广东省自然科学奖二等奖。目前担任生命科学学院副院长、水产动物疫病防控与健康养殖全国重点实验室副主任、广东省热带亚热带植物资源重点实验室主任等职务，兼任广东省植物生理学会副理事长、中国作物学会理事、中国植物学会植物细胞生物学专业委员会委员、分子生物学专业委员会委员、青年工作委员会委员等学术职务。

肖仕教授及其团队