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摘要：研究小组通过使用模式植物——拟南芥的分子遗传学研究，研究了植物中与臭氧耐受性相关的基因。研究结果表明，其功能至今鲜为人知的一组被称为植物蓝蛋白的蛋白质具有提高植物臭氧耐受性的功能。

关键词：拟南芥、分子遗传学、臭氧耐受性、植物蓝蛋白、AtUC5

臭氧对人类和植物有毒，在大气浓度过高，会对城市及其周边的农作物和树木造成各种损害。

研究小组通过使用模式植物——拟南芥的分子遗传学研究，研究了植物中与臭氧耐受性相关的基因。研究结果表明，其功能至今鲜为人知的一组被称为植物蓝蛋白的蛋白质具有提高植物臭氧耐受性的功能。这是臭氧通过气孔被植物吸收后新的臭氧耐受性机制的发现，有望开发出培育耐臭氧作物和树木的技术。

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研究背景和目的

作为光化学氧化剂的主要成分，臭氧对人体和植物有毒，在大气浓度过高，会对城市及其周边的农作物和树木造成了各种危害。尤其是在未来经济有望发展的亚洲地区等地，由于其浓度预计会上升，因此有必要阐明植物对臭氧的反应及其机理，并采取措施，如培育耐臭氧品种。然而，关于植物对臭氧的响应及其机理，至今为止可用信息很少，也没有有效方法来培育耐臭氧品种。

本研究使用分子遗传学的模式植物拟南芥，研究了植物中与臭氧耐受性相关的基因和蛋白质，旨在阐明它们的工作机制。

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研究方法

从强制增加了由某特定基因产生的蛋白质含量的拟南芥系群^※1中培育幼苗，从中寻找即使在生物环境控制实验设施中进行臭氧暴露处理也不会造成损害的系群（图1）。对于以这种形式获得的耐臭氧系群之一，除了确定目标基因及其相应的蛋白质外，还通过各种实验，以及从各种数据库等收集的信息研究了它们的功能和赋予植物臭氧耐受性的原因。

图1 拟南芥的耐臭氧系群的分离

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研究成果与讨论

研究小组对分离的耐臭氧拟南芥及其目标基因和蛋白质进行了研究，研究结果如下：

1）赋予臭氧耐受性的目标基因对应于一种名为AtUC5的蛋白质，它属于植物蓝蛋白组；

2）众所周知，臭氧处理会杀死许多植物物种的叶细胞并关闭气孔，但在产生大量AtUC5的拟南芥中，这些反应都没有发生；

3）AtUC5分泌到细胞外并在细胞（质外体）之间发挥作用；

4）AtUC5可能与预计参与胁迫耐受的胺氧化酶^※2和后期蛋白样蛋白^※3相互作用，基于本研究获得的结果和目前已知的信息，研究小组提出了关于AtUC5作用机制的假设（图2）；

5）除AtUC5外，属于植物蓝蛋白组的其他蛋白质也具有赋予植物臭氧耐受性的能力。

图2 关于AtUC5在植物臭氧响应中的作用假说

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未来展望

本研究揭示了迄今未知的植物蓝蛋白会赋予植物臭氧耐受性的现象。虽然部分详细的作用机制尚不清楚，但所获得的结果表明，这种蛋白质参与了位于细胞之间被称为质外体的位点活性氧的减少。众所周知，活性氧还与臭氧以外的各种胁迫反应有关，而植物蓝蛋白可能与很多胁迫反应有关。此外，由于大量产生这种蛋白质的拟南芥对臭氧具有很强耐受性，因此如果其他植物也是如此，则本研究的发现将有望用于培育耐臭氧的作物和树木。

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注释

※1：拟南芥系群：全长cDNA高表达基因谱系。

※2：胺氧化酶：一种以多胺为底物产生活性氧的酶，它参与了胁迫条件下细胞死亡的诱导。

※3：后期蛋白样蛋白质：一种结构类似于“后期蛋白”的蛋白质，其在干燥和其他各种胁迫条件下积累，从而使植物具有抗逆性。有研究表明，后期蛋白具有清除活性氧的作用。

翻译：王宁愿

审校：李涵

通稿：李涵

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一种赋予植物臭氧耐受性的蛋白质——通过植物蓝蛋白发现新的胁迫防御机制