aBIOTECH | 谢彦杰/周恒团队揭示氧化翻译后修饰调控植物ABA信号和耐旱的作用机制
脱落酸（Abscisic Acid，ABA）是植物逆境响应与发育调控的核心激素。ABA在诱导气孔关闭、增强植物抗旱性中发挥核心作用。NADPH氧化酶RBOHD产生的活性氧（ROS）是ABA信号转导的关键组分。然而，植物ABA信号如何影响RBOHD表达进而调控ROS产生、ROS信号又如何反馈整合进ABA网络尚不明确。
近日，南京农业大学生命科学学院谢彦杰教授团队在aBIOTECH 发表了题为“The oxidation of ABI4 by RBOHD-derived reactive oxygen species integrates redox signaling into abscisic-acid and drought-stress responses”的研究论文。在该研究中，作者发现转录因子ABI4作为RBOHD上游调节ABA诱导的ROS产生和气孔关闭，RBOHD来源的ROS可诱导ABI4发生亚磺酰化修饰（sulfenylation），增强其DNA结合能力与转录活性，形成一个自我放大的正反馈回路。该研究揭示了ABA信号关键转录因子ABI4通过氧化还原修饰精细调控ROS产生，进而影响气孔运动及植物抗旱性的分子机制。
为了解拟南芥在ABA处理下的ROS动态变化及调控来源，作者通过ROS特异染料结合qPCR实验，发现在ABA处理下植物中RBOHD转录水平与细胞内ROS水平变化一致，表明RBOHD参与ABA诱导的ROS产生。进一步结果显示，与野生型相比，abi4突变体中ABA诱导的RBOHD表达和ROS产生显著减弱（图1）。通过构建abi4/rbohd双突变体结合ROS含量和气孔导度结果表明，ABI4参与ABA诱导的RBOHD表达和ROS产生，并且ABI4在ABA响应中的功能部分依赖于RBOHD。
图1. ABI4作为RBOHD上游调节ABA诱导的ROS产生和气孔关闭
ABI4是氧化还原敏感的转录因子，为了探究其功能是否受ROS调控，作者利用免疫印迹方法检测了在H2O2和ABA处理下ABI4蛋白氧化修饰情况。结果显示ABI4的亚磺酰化水平在ABA暴露的前15分钟内增加，随后逐渐下降，约105分钟时达到最低点，并在120分钟时再次增加，表明了ABI4亚磺酰化在ABA信号转导中的生物学相关性（图2）。重要的是，ABI4亚磺酰化的时间轮廓与ABA诱导的ROS积累和RBOHD转录丰度的变化非常相似，与abi4突变体相比，abi4/rbohd_突变体中ABI4亚磺酰化水平的变化减弱了。表明RBOHD来源的ROS介导ABI4的氧化修饰。进一步通过点突变结合免疫印迹方法发现Cys250是ABI4发生亚磺酰化修饰的关键位点。
图2. RBOHD产生的H2O2调节ABI4亚磺酰化修饰
通过EMSA，Dual-LUC以及ChIP-qPCR实验，作者发现Cys250的亚磺酰化增强了ABI4对RBOHD基因启动子的结合能力以及对该基因的转录激活能力（图3）。
图3. Cys250亚磺酰化修饰增强了ABI4的DNA结合和转录激活活性
为了评估ABI4亚磺酰化的生理意义，作者构建了abi4和abi4/rbohd_背景下过表达ABI4及其ABI4Cys250Ala变体的转基因材料，ABA处理下气孔导度结果表明，RBOHD来源的ROS通过促进ABI4在Cys250位点的亚磺酰化来调控ABA信号，从而实现ABI4依赖的转录激活和下游气孔关闭响应。大苗干旱处理下的表型以及胁迫相关基因表达变化结果表明ABI4和RBOHD可能协同调控植物的抗旱性，并且ABI4 Cys250的亚磺酰化对提高植物耐旱性至关重要（图4）。
图4. ABI4通过RBOHD介导的Cys250亚磺酰化修饰调节植物耐旱性
该研究首次揭示了ABI4的氧化还原修饰调控机制，阐明了ABA信号与ROS信号之间的互作回路，为深入理解植物气孔运动及耐旱性调控提供了新的分子框架。同时，该研究为通过分子育种手段改良作物抗旱性提供了潜在靶点。
该研究得到了国家自然科学基金和农业生物育种重大项目目的资助。南京农业大学博士生葛正麟，武恬恬和林正遥为本文的共同第一作者，南京农业大学生科院谢彦杰教授和周恒副研究员为共同通讯作者。
引用本文：
Ge Z, Wu T, Lin Z, Lai S, Chen G, Xiao L, et al. The oxidation of ABI4 by RBOHD-derived reactive oxygen species integrates redox signaling into abscisic-acid and drought-stress responses. aBIOTECH 2026:100037.
https://doi.org/10.1016/j.abiote.2026.100037
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