山东农业大学丁新华团队揭示OsCBSX3调控硫化氢合成及平衡水稻生长免疫的新机制

摘要：”的研究论文。该研究揭示了胱硫醚β合成酶OsCBSX3通过其单体-寡聚体转换调控硫化氢的合成，进而在平衡水稻生长与免疫反应，特别是在调控水稻对条斑病和白叶枯病抗性方面发挥关键作用。

Abstract

摘要

2025年1月14日，Molecular Plant在线发布了山东农业大学丁新华教授课题组题为“Control of H2S

synthesis by the monomer-oligomer transition of OsCBSX3 for modulating rice growth-immunity balance

”的研究论文。该研究揭示了胱硫醚β合成酶OsCBSX3通过其单体-寡聚体转换调控硫化氢的合成，进而在平衡水稻生长与免疫反应，特别是在调控水稻对条斑病和白叶枯病抗性方面发挥关键作用。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2025.01.009

研究背景

硫化氢（H2S）作为一种关键的内源性气体信号分子，对维持植物正常生理功能至关重要。其浓度依赖性调控机制影响植物种子萌发、根系发育等多种生长过程，同时能有效抑制褐腐病菌、软腐病等真菌的生长。然而，水稻中H2S的合成途径及其在调节对条斑病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola，Xoc）和白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae，Xoo）抗性中的作用及其机制仍待阐明。

研究内容

研究发现，OsCBSX3蛋白在水稻中以单体和寡聚体两种状态并存，OsTrxZ蛋白和PsbO蛋白在调控OsCBSX3单体与寡聚体转换过程中发挥着关键作用，这一过程对平衡水稻的生长与免疫至关重要。过表达OsCBSX3或PsbO能提升水稻H22S含量减少及抗条斑病和白叶枯病能力降低。过表达OsTrxZ导致水稻H2S含量下降，且对条斑病和白叶枯病敏感性增加，而ostrxz突变体则展现出H2S含量上升及对这两种病害的抗性增强。当Xoc或Xoo入侵水稻后，依赖PsbO的OsCBSX3寡聚化水平逐渐升高，这一过程有助于OsCBSX3进入叶绿体促进H2S的合成，并进一步强化水稻的防御反应。此外，研究证实H2S可以作为一种免疫信号分子，能有效触发水稻体内活性氧的爆发，上调防御相关基因的表达，从而显著提高水稻对条斑病和白叶枯病的抗性。但当H22S会将OsCBSX3还原成单体，促进其与PsbO蛋白的解离，并加强其与OsTrxZ蛋白的结合。OsTrxZ蛋白通过催化OsCBSX3由寡聚体向单体的还原，精细地调节H22S过度积累可能对水稻正常生长产生的不利影响。

图1 PsbO和OsTrxZ拮抗调节OsCBSX3寡聚体和单体平衡

综上，PsbO和OsTrxZ在调节OsCBSX3寡聚体与单体转换过程中发挥拮抗作用，从而平衡水稻的免疫反应与生长发育。这一发现不仅深化了我们对水稻免疫应答机制的理解，也为通过遗传改良手段提升作物病害抗性提供了理论依据。

图2 OsCBSX3依赖自身单体-寡聚体转换调控硫化氢合成及平衡水稻生长免疫新机制

作者简介

山东农业大学植物保护学院丁新华教授为通讯作者，在读博士研究生张海淼为第一作者。山东农业大学博士后Muhammad Zunair Latif、在读博士研究生孙宝龙、在读硕士研究生吕蕾、已毕业硕士研究生刘洋、李洋副教授、尹梓屹教授、路冲冲副教授、赵海朋副教授、孔令广高级实验师及扬州大学吴涛博士等参与了该项研究。研究工作得到了山东省重大基础研究项目（ZR2022ZD23）和国家自然基金（32272557, 32072500）等项目的资助。