GSNOR介导蛋白质亚硝基化调控番茄耐碱性机理研究

A great progress has been made on the research of NO roles in plants adapting to stress conditions. However, as a key regulator of NO, GSNOR-mediated S-nitrosylation involving in sodic alkali stress tolerance is short of investigation in plant kingdom. We have established transgenic tomato plants with different transcriptional levels of GSNOR, and found that the homeostasis of redox can be regulated by GSNOR that influence S-nitrosylation in plant. Combining with the changes of cellular redox and stress tolerances, the physiological mechanism of GSNOR-mediated sodic alkali stress tolerance in tomato plants was preliminarily studied. Based on this, this project will reveal the GSNOR-regulated S-nitrosylation network by proteomics, in which the downstream proteins and biochemical pathway can be found. Thus, we will use the VIGS technology and exogenous pharmacology method to prove the function of these downstream factors in regulating sodic alkali stress tolerance in tomato plant. In addition, we will study the S-nitrosylation of sodic alkali stress-associated proteins that are regulated by GSNOR. The expected results will make clear the mechanism of sodic alkali stress tolerance regulated by GSNOR-mediated S-nitrosylation, which provides a basis for the improvement of mechanism about stress tolerance in plants.

NO调控植物抗逆性的研究已取得长足进展，但对于NO代谢关键酶GSNOR介导S-nitrosylation调控植物耐碱性的机理知之甚少。本课题组构建了GSNOR不同表达水平的转基因番茄株系，发现GSNOR能够调控内源redox平衡影响植物的S-nitrosylation，结合细胞内redox状态改变和抗性诱导的周期性变化，初步探究了GSNOR控制番茄耐碱性的生理机制。在此基础上，本项目拟通过蛋白质组学深入研究GSNOR介导的S-nitrosylation网络，探求GSNOR调控的关键下游蛋白质和生化途径，通过基因沉默和药物学相结合的研究手段验证这些下游因子在控制番茄耐碱性中的作用。此外，分析GSNOR控制的耐碱关键蛋白的S-nitrosylation程度和作用位点。最终阐明GSNOR介导S-nitrosylation调控番茄耐碱性的机理，为植物抗逆性调控机制的研究奠定理论基础。

NO调控植物抗逆性的研究已取得长足进展，但对于NO代谢关键基因GSNOR介导S-nitrosylation调控植物耐盐碱的机理知之甚少。本项目以野生型（WT）、过量表达GSNOR（OE）和抑制表达GSNOR（RNAi）的番茄为试材，发现GSNOR负调控RNS影响胞内ROS稳态，适量的RNS和ROS可作为信号物质激活番茄的盐碱胁迫抗性，但过量的RNS和ROS则引起番茄的细胞伤害。通过iodo-TMT技术鉴定了425个S-nitrosylation修饰位点和334个修饰蛋白，并对被修饰的蛋白进行了GO功能富集分析和Pathway分析，构建了S-nitrosylation调控网络，发现碱性盐胁迫可引起严重的硝化伤害，造成蛋白质整体S-nitrosylation水平上升，通过影响蛋白质的翻译后修饰对蛋白质功能造成影响；而这一过程与能量代谢水平关系密切，表现为光合作用减弱，呼吸作用加强，即能量供应不足，其涉及的RNS和ROS稳态是引起胁迫响应和造成伤害的核心；GSNOR有利于清除RNS，维持胁迫条件下细胞内的硝化稳态，降低蛋白质整体S-nitrosylation水平，保护蛋白质的正常功能。该组学数据从蛋白质翻译后修饰的整体水平上解析了GSNOR影响番茄生长、发育及耐盐碱能力的生理与分子机制。在此基础上，发现3个受蛋白质S-nitrosylation修饰调控的耐盐碱关键蛋白（SAMS1、RBOH和COMT1）和3条生化代谢途径（RNS、ROS和Mel）。对此，研究发现超表达SAMS1可通过激活多胺和H2O2信号，增强番茄的耐盐碱能力；超表达COMT1可诱导Mel合成，激活Na+和ROS解毒进程，增强番茄的耐盐碱能力。此外，外源喷施Mel可促使番茄内源Mel的积累。内源Mel能与细胞内的NO发生氧化还原反应，降低细胞硝化水平。细胞低硝化水平有利于去除RBOH的亚硝基化修饰，增强其酶活性，释放ROS预警信号。ROS预警信号激活并放大其它胁迫响应级联信号，传递了Mel诱导的广谱抗性。除抗性获得外，Mel还可通过GSNOR调控RNS和生长素稳态，促进番茄植株不定根发生，提高番茄在盐碱环境下的生存能力。本研究系统解析了GSNOR通过蛋白质S-nitrosylation修饰在调控番茄生长、发育和耐盐碱性中的作用机制，为耐盐碱候选基因和外源植物生长调节剂的开发与应用奠定了理论基础。