铜基传感器解释了受压工厂中的关键防御信号传递

名古屋大学转化生物分子研究所（WPI-ITbM）的研究人员，与理化学可持续资源科学中心（RIKEN CSRS）及大阪大学的合作者共同发现了一种此前未知的机制，用于植物检测过氧化氢（H₂O₂），这是一种参与应激反应和免疫的关键信号分子。

这项发表在《自然通讯》上的研究表明，植物依赖于依赖铜的感应系统，而非此前假设的半氨酸机制来感知活性氧（ROS）。

这项工作重塑了我们对植物如何应对环境压力和病原体的理解，可能为提升作物韧性铺平道路。

醌类和过氧化氢在植物对病原体和环境胁迫的反应中起着核心作用，理解植物如何感知这些分子，有助于制定增强作物保护和抗逆逆的策略。

植物如何检测环境中与氧化还原相关的分子

作为固着生物，植物通过细胞表面的专用受体不断监测环境。其中，有一类被称为亮氨酸富重复受体激酶的类激酶，能够感知广泛的刺激。

其中一种受体CARD1（也称为HPCA1）此前已被证明能检测奎宁和如H₂O₂等ROS。然而，单一受体如何区分这些化学上不同的信号仍然不清楚。

研究团队发现CARD1表面含有与组氨酸残基簇结合的铜离子。该铜位点在检测H₂O₂中起着关键作用。

令人惊讶的是，半采酸残基——此前被认为对H2O2感应——并非信号感知所必需。相反，CARD1受体通过铜通过氧化还原化学物质检测H₂O₂。

“结果显示，当铜结合位点被破坏时，植物会失去对H₂O₂信号的响应能力，”WPI-ITbM首席作者兼指定副教授Anuphon Laohavisit说。“相比之下，半采氨酸残基的突变对信号传导影响甚微，表明它们的主要作用是结构性而非信号传导。”

通过计算方法，团队提出CARD1的ROS感测可能通过受体表面铜（Cu⁺ 变 Cu²⁺）的氧化实现。这种氧化还原变化可能直接触发信号传导，或产生激活下游反应的二级分子。很可能存在另一条关于醌的感知通路，但尚待确定。

研究人员首次提供了基于金属离子的感应机制的结构证据，重塑了我们对植物ROS感知的理解，并为探索基于金属的ROS信号机制铺平了生物学领域的道路。

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