植物也合成TMAO，增强植物的非生物胁迫耐受性学术资讯

植物在整个生命周期中，时常受到不利环境因子的胁迫。积累渗透调节物质是植物应对非生物胁迫的一种重要策略。在逆境条件下，渗透调节物质，如蔗糖、海藻糖和脯氨酸等，可调节细胞渗透压，解毒活性氧，维持膜的完整性等【1-4】。此外，渗透蛋白也可以充当分子伴侣，维持胁迫条件下蛋白质的折叠状态，保持蛋白的稳定性和功能【4】。

氧化三甲胺 (Trimethylamine N-oxide,TMAO) 是在动物中广泛研究的一种蛋白稳定渗透调节物质【5-6】。TMAO由前体三甲胺 (TMA)，经黄素单加氧酶 (FMOs)氧化生成【7】。TMAO具有维持蛋白质的折叠状态，防止蛋白变性等作用【8】。然而，植物是否也合成TMAO，及其功能尚不清楚。

近期，来自西班牙马德里生物研究中心的研究团队在Science Advances发表了题为Trimethylamine N-oxide is a new plant molecule that promotes abiotic stress tolerance的研究论文，首次发现植物也合成TMAO，并揭示了其在植物中的功能。

在先前的研究中，研究者通过筛选拟南芥冷诱导的cDNA文库，获得编码FMOGS-OX5的基因RCI5（RARE COLD INDUCIBLE, At1g12140）。研究人员对该基因进行了过表达表型分析，发现FMOGS-OX5的过表达显着提高了拟南芥植株的抗冻性，因此，FMOGS-OX5是调节拟南芥低温胁迫耐受性的一个正调控因子。

在植物中尚未见TMAO的报道，该研究进一步对利用核磁共振（NMR）对植物体内的TMAO进行了检测，并在野生型拟南芥中发现了一定含量的TMAO。低温胁迫、水分胁迫或高盐胁迫时，拟南芥中TMAO的含量显著上升。除此之外，过表达FMOGS-OX6的转基因植株中TMAO含量也有所增加，同时提高了转基因植株对低温、干旱和盐胁迫的耐受性。研究进一步结合外源蛋白生化分析，证实FMOGS-OX5蛋白可氧化TMA，产生TMAO。以上结果表明，植物FMOs可催化TMAO的合成。

拟南芥中的TMAO是否能像动物中TMAO一样维持蛋白质折叠状态过程？该研究进一步利用衣霉素（一种未折叠的蛋白质胁迫的诱导剂）处理拟南芥，发现TMAO可促进了蛋白质折叠。

此外，研究人员利用外源TMAO对不同植物进行处理，发现外源TMAO可显著增强拟南芥、番茄、玉米和大麦等作物对低温、干旱和盐胁迫的耐受性。

图 TMAO功能响应非生物胁迫的模型

综合以上研究结果，研究人员提出了植物TMAO的作用模型：不利的环境条件（例如低温、干旱或高盐）引起蛋白变性；同时，参与TMAO合成的FMOGS-OX的基因表达会被诱导，促进FMO蛋白的积累，维持蛋白质的正确折叠，提高植物的非生物胁迫耐受性。TMAO还可以通过某种未知的途径介导非生物胁迫抗性相关基因的表达，从而增强植物对低温、干旱和高盐的耐受性。

来源：PlantBiotech 植物生物学

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