南京林业大学在《PNAS》发表研究论文,突破技术瓶颈,为植物氧化还原信号领域的调控机制研究提供了重要理论依据和技术支撑

近日，南京林业大学生命科学学院谢彦杰教授团队联合比利时根特大学在国际综合期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》（PNAS）上发表题为“H2S-mediated protein persulfidation regulates redox metabolic flux underlying salt stress resilience in rice”的研究论文。该研究成果以南京林业大学为第一完成单位，南京林业大学谢彦杰教授、根特大学黄晶晶博士和Frank Van Breusegem教授为共同通讯作者。国家蛋白质科学中心付玲老师、根特大学Marc Van Montagu院士，南京林业大学刘鹰高教授和朱福远教授参与了部分研究工作。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、国家留学基金委和比利时弗兰德研究基金等项目资助。

硫化氢（H2S）是近年来受到广泛关注的新型气体信号分子。它主要通过诱导蛋白质半胱氨酸残基发生过硫化共价修饰，调控蛋白质氧化还原状态和活性，从而参与植物氧化还原信号调控及逆境适应。然而，由于缺乏高灵敏度、高位点分辨率的检测技术，植物中过硫化修饰研究长期局限于定性水平，难以从位点层面揭示其动态调控特征，这也限制了对其重塑氧化还原代谢网络和维持细胞氧化还原稳态分子机制的系统认识。因此，建立高分辨率过硫化修饰组学技术并解析其生物学功能，已成为植物氧化还原信号研究的重要前沿和热点。

研究团队优化建立了基于NM-biotin标记结合数据非依赖采集（DIA）质谱的植物过硫化修饰组学分析策略，实现了植物过硫化修饰从“蛋白鉴定”向“位点精准定量和动态解析”的技术跨越。该研究共鉴定到1122个水稻过硫化蛋白和1691个过硫化修饰发生位点，系统绘制了水稻盐胁迫响应过程中蛋白质过硫化动态修饰图谱。生物信息学分析表明，过硫化修饰广泛参与氧化还原代谢、金属离子催化及戊糖磷酸途径（PPP）等关键生物过程，构建了目前植物领域最系统的过硫化修饰资源之一。

在此基础上，研究进一步揭示了H2S调控植物耐盐性的全新机制。研究发现，H2S通过促进戊糖磷酸途径关键酶Ribose-5-phosphate Isomerase（RPI）发生过硫化修饰，重塑细胞碳代谢流，促进更多代谢中间产物流向PPP氧化支路，继而提高NADPH生成；同时，通过过硫化修饰保护抗坏血酸-谷胱甘肽循环关键酶Monodehydroascorbate Reductase（MDHAR）免受氧化失活和蛋白降解，维持其酶活性，保障抗氧化系统持续运行。H2S由此协同调控NADPH的生成与利用，建立起连接氧化还原信号与代谢重编程的新型调控模式，实现细胞氧化还原稳态的动态维持，从而显著提高水稻耐盐能力。

该研究不仅突破了植物硫化氢领域研究长期缺乏过硫化修饰位点大规模鉴定技术的关键瓶颈，实现了植物过硫化修饰研究由“修饰鉴定”向“功能网络解析”的重要跨越，也从代谢流重编程的角度揭示了过硫化修饰调控植物逆境适应的新机制，为植物氧化还原信号领域的调控机制研究提供了重要理论依据和技术支撑。