谢彦杰课题组系统总结硫化氢在植物适应非生物胁迫中的生理功能及作用机制

来源：JIPB

硫化氢（hydrogen sulfide, H2S）是一种无色、具有臭鸡蛋气味的气体。在人们的传统观念中，硫化氢一直被认为是一种有毒有害的气体。然而随着科技发展，关于生物体内产生硫化氢的现象被陆续报道，这暗示着硫化氢在某些生理代谢过程中可能发挥着重要作用。硫化氢可自由通过生物膜，以信号分子的角色参与信号传递。最近的发现表明，H2S具有促使蛋白质Cys残基的硫醇基团（R-SH）转变为过硫化基团（R-SSH）的能力，这种翻译后修饰作用被称为蛋白质过硫化/硫巯基化修饰（persulfidation）。蛋白质过硫化修饰是一种基于氧化还原状态的修饰，然而在高等植物中这一翻译后修饰的机制仍然知之甚少。

JIPB近日在线发表了南京农业大学生科院谢彦杰课题组题为“Hydrogen sulfide (H2S), a signaling molecule in plant stress responses”的综述论文，系统总结了植物中硫化氢的生物合成方式、调节植物逆境适应的生理功能、以及硫化氢与蛋白质过硫化修饰等方面的最新研究进展（图1）。该文同时比较讨论了过硫化修饰与S-磺酰化修饰（R-SOH）、S-硝基化修饰（R-SNO）等其他类型的氧化还原修饰间可能存在的对话机制。

图1. 硫化氢在植物逆境应答中的功能

当植物受到干旱、高低温、高盐、重金属等非生物胁迫刺激时，体内的硫化氢含量会显著提高，暗示硫化氢参与植物非生物胁迫响应过程。研究表明，在这一过程中硫化氢与多种信号分子，如活性氧（ROS）、一氧化氮（NO）、脱落酸（ABA）、乙烯等信号交叉对话，共同调节植物对胁迫的耐受性。该综述文章概述了目前硫化氢在植物生长发育以及胁迫应答过程中的功能及调节机制，硫化氢介导的过硫化修饰在其中的调控机制，并对后续研究硫化氢生物学功能的方向及可能进行了展望，如优化蛋白质组学方法提高过硫化修饰蛋白的检测精度和灵敏度、尝试硫化氢相关供体在农业实际生产中的应用等。

谢彦杰课题组近年来以保卫细胞为模型，在植物硫化氢与胁迫响应中研究中取得了一系列进展，包括阐明了拟南芥保卫细胞产生硫化氢的能力（Zhang et al. Plant Cell Environ, 2020），硫化氢与保卫细胞ABA合成在响应脱水胁迫中的遗传学关系（Zhang et al. J Adv Res, 2020），以及硫化氢和过硫化修饰参与调控拟南芥保卫细胞气孔运动的分子机制（Shen et al. Plant Cell, 2020）。博士生张晶、硕士生周明健和师资博士后周恒为该综述论文的第一作者，谢彦杰教授为通讯作者。西班牙植物生物化学和光合作用研究所的Ceclia Gotor和Luis C. Romero研究员、南京农业大学沈文飚教授和江苏省农科院的袁星星副研究员也对该综述做出贡献。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中央高校基础科研基金、中国博士后科学基金和欧洲区域发展基金资助。

参考文献：

1. Shen J, Zhang J, Zhou M, Zhou H, Cui B, Gotor C, Romero LC, Fu L, Yang J, Foyer CH, Pan Q, Shen W, Xie Y (2020) Persulfidation-based modification of cysteine desulfhydrase and the NADPH Oxidase RBOHD controls guard cell abscisic acid signaling. Plant Cell 32: 1000-1017

2. Zhang J, Zhou M, Ge Z, Shen J, Zhou C, Gotor C, Romero LC, Duan X, Liu X, Wu D, Yin X, Xie Y (2020) Abscisic acid-triggered guard cell l-cysteine desulfhydrase function and in situ hydrogen sulfide production contributes to heme oxygenase-modulated stomatal closure. Plant Cell Environ 43: 624-636

3. Zhang J, Zhou H, Zhou M, Ge Z, Zhang F, Foyer CH, Yuan X, Xie Y (2020) The coordination of guard-cell autonomous ABA synthesis and DES1 function in situ regulates plant water deficit responses. J Adv Res accepted, doi:10.1016/j.jare.2020.07.013.