揭示水稻防御新机制：H2O2通过氧化 bHLH25 调控双重防御通路

在植物防御机制研究中，为探究 H2O2在水稻防御中的作用机制，研究人员开展了关于转录因子 bHLH25 与 H2O2关系的研究。结果发现 bHLH25 能感知 H2O2并调控双重防御通路，这为植物免疫研究提供了新视角。

　　在神奇的植物世界里，植物时刻面临着各种病原体的威胁，就像人类会生病一样，这些病原体可能会让植物生长受阻甚至枯萎死亡。为了应对这些威胁，植物进化出了复杂的防御机制。其中，过氧化氢（H₂O₂）在植物防御中扮演着至关重要的角色，它既可以直接对病原体的细胞成分，如 DNA、蛋白质和细胞膜造成破坏，限制病原体生长，还能作为二级信使，激活植物的系统获得性抗性（SAR），放大植物的防御信号网络。然而，H₂O₂究竟是如何在植物体内精准调控防御过程的，还有许多未知等待探索。

为了揭开这个谜团，来自杜克大学（Duke University）的研究人员展开了深入研究。他们将目光聚焦在水稻上，对转录因子 bHLH25 展开研究，最终发现 bHLH25 可以感知 H₂O₂，并通过氧化作用调控水稻的双重防御通路，这一重要发现发表在《Cell Research》杂志上。该研究成果为深入理解植物免疫机制提供了新的思路，有助于人们找到增强植物抗病能力的新方法，对农业生产中作物病害的防治具有重要意义。

研究人员在开展这项研究时，主要运用了以下几种关键技术方法：首先是基因表达分析技术，通过该技术来检测相关基因的表达变化情况，如 miR397b、OsLAC7、OsLAC28、OsLAC29 以及 CPS2 等基因；其次是蛋白氧化检测技术，以此来确定 bHLH25 的氧化状态；另外还运用了基因敲除和过表达技术，通过构建相关基因敲除或过表达的水稻植株，来研究基因功能变化对水稻防御反应的影响 。

下面来看具体的研究结果：

• bHLH25 感知 H₂O₂并调控防御通路：研究发现，水稻中的 bHLH25（一种碱性 / 螺旋 - 环 - 螺旋转录因子）可以通过保守的甲硫氨酸残基（M256）的氧化来感知 H₂O₂。当受到稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）侵染时，水稻体内会产生 H₂O₂，H₂O₂促使 bHLH25 的 M256 发生氧化。氧化后的 bHLH25 会抑制 miR397b 的转录，而 miR397b 会靶向负调控漆酶（LAC）基因 OsLAC7、OsLAC28 和 OsLAC29 的 mRNA 水平，因此 miR397b 受到抑制后，这些 LAC 基因的表达量增加，进而促进木质素聚合，使木质素积累。木质素积累能够强化植物细胞壁，阻止病原体侵入，增强水稻的抗病能力。同时，氧化后的 bHLH25 还会激活 Copalyl Diphosphate Synthase 2（CPS2），促进植物抗毒素（phytoalexin）的合成。植物抗毒素可以抑制稻瘟病菌孢子萌发并引发细胞死亡，进一步增强水稻的抗病性。
• 防御反应的时间动态变化：在时间顺序上，接种稻瘟病菌后，6 - 12 小时（hpi）水稻体内 H₂O₂水平上升，24 小时时 bHLH25 发生氧化，随后抑制 miR397b，诱导 OsLAC7、OsLAC28 和 OsLAC29 基因表达，12 - 60 小时木质素积累，这是早期防御反应的一部分。随着木质素生物合成的进行，24 小时后 H₂O₂水平逐渐下降，非氧化形式的 bHLH25 积累，24 - 96 小时激活 CPS2 表达，促进植物抗毒素积累。而且，H₂O₂介导的抗病性主要依赖于对 miR397b 的抑制，而非 CPS2 的激活，因为在 miR397b 过表达的水稻植株中，H₂O₂诱导的抗病性显著受损，而 CPS2 敲除或过表达的植株中抗病性不受影响。
• bHLH25 在不同物种中的保守性及对其他病原体的抗性：bHLH25 的甲硫氨酸残基 M256 在许多植物物种的 bHLH25 直系同源物中高度保守。体外研究表明，拟南芥 AtbHLH25 中的保守甲硫氨酸也能被 H₂O₂氧化。bHLH25 介导的抗病性主要局限于病原体感染部位，这些部位 H₂O₂积累较高。在弱 H₂O₂诱导条件下，如盐胁迫或高温胁迫，bHLH25 的氧化水平不变，对水稻抗性无显著影响。此外，bHLH25 不仅能使水稻对稻瘟病菌产生抗性，对其他病原体，如立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）和水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. Oryzae）也有抗性，这表明它在植物免疫中具有更广泛的作用 。

研究结论表明，bHLH25 作为 H₂O₂的传感器，整合了木质素生物合成和植物抗毒素产生这两条防御通路，为植物如何进行局部防御反应提供了关键见解。然而，bHLH25 敲除的水稻植株仍具有一定的抗性，这意味着还有其他 H₂O₂介导的防御机制有待发现。另外，H₂O₂是否直接在植物体内氧化 bHLH25，还是通过下游分子间接起作用，以及 bHLH25 除了已知的防御通路外，是否还通过水杨酸（SA）信号通路参与防御等问题，都为未来的研究指明了方向。这些研究对于进一步揭示植物免疫机制，提高植物抗病能力，保障农业生产的可持续发展具有重要意义。