什么是ROS软件路由器(路由器管家)
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什么是ROS软件路由器(路由器管家)
06-01

活性氧 (ROS) 是使细胞能够快速响应不同刺激的关键信号分子。在植物中,ROS在非生物和生物胁迫感知、不同环境信号的整合和胁迫响应网络的激活中发挥着至关重要的作用。2022年6月27日,Nature reviews molecular cell biology(IF=113.9 2022年)杂志在线发表了来自美国密苏里大学Ron Mittler为通讯作者等题为Reactive oxygen species signalling in plant stress responses的综述文章。该综述全面综述了植物中 ROS 信号传导研究的最新进展,其中包括识别 ROS的 受体和将 ROS 信号传导与其他重要的应激反应信号转导途径和激素联系起来的关键调控中心,以及 ROS 在细胞器到细胞器和细胞器中的新作用。

病原体、昆虫和不同的非生物胁迫,如洪水、长期干旱和热浪,给农业生产造成重大损失,并威胁到全球粮食安全。活性氧(ROS)在胁迫感知、不同胁迫响应信号网络的整合以及植物防御机制的激活和驯化中起关键作用,因此剖析和了解 ROS 如何协调植物对压力的反应将使我们能够提高植物对胁迫的耐受性,并提高作物在恶劣环境条件下减轻作物损害的能力。

活性氧(ROS) 其实是一组衍生自分子氧 (O2 ) 的分子。虽然 O2通常对大多数细胞成分没有反应性,但 ROS 会导致细胞中脂质、蛋白质、RNA、DNA 和许多小分子的氧化。细胞中 ROS 的主要形式,其性质和化学反应性差异很大,包括过氧化氢 、超氧化物、单线态氧、羟基自由基和各种形式的有机和无机过氧化物(如下图)。由于 ROS 具有高反应性,并且在所有或大多数细胞隔室中独立产生,因此它们的水平受到控制,以防止意外的细胞氧化。这需要通过平衡 ROS 的产生、清除和运输来实现的,它们共同使 ROS 保持在低浓度,并控制 ROS 信号反应及其结果。

植物中有数百个基因编码调节ROS 代谢和信号传导的不同蛋白质和酶。ROS 由管家酶或作为代谢途径(例如光合作用和呼吸作用)的副产品被动产生,或由产生 ROS 以发出信号的专用氧化酶主动产生同源物 (RBOH),它们是哺乳动物 NADPH 氧化酶(NOX 蛋白)的功能等同物。同时,ROS 被一系列酶和非酶抗氧化剂清除,这些抗氧化剂也存在于大多数或所有细胞隔室中。此外,ROS 可以在不同的隔间(例如,通过水通道蛋白(AQP))之间运输,或运输到其他细胞和组织,以达到信号传递、去除或积累的目的。因此,ROS 可以在它们产生的地方或远处发挥作用。

该综述中首先描述了目前对植物中控制 ROS 产生、清除、传感和运输的分子机制。然后,讨论了植物如何将 ROS 信号与不同的激素、钙、磷酸化和其他应激反应信号转导机制整合,以调节基因表达并诱导应激恢复。具体如下:

图2. 胁迫期间植物不同隔室中 ROS 的产生和清除

图 3:植物中 ROS 和氧化还原传感的机制

图 4:植物细胞中 ROS 信号的整合

图 5:植物对胁迫的早期和晚期反应中的 ROS。

图 6:植物中 ROS 信号与应激反应网络的整合以及应激过程中 H2O2的转录调控。

图 7:细胞内和细胞间 ROS 信号的传播。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41580-022-00499-2

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