交替氧化酶活性与线粒体液泡内陷：Haberlea rhodopensis低温胁迫下的延迟线粒体自噬机制及其适应性意义

《Plant Stress》：Alternative oxidase activity and vacuolar intrusion of mitochondria represent a delayed mitophagy associated with the chilling stress in Haberlea rhodopensis

本研究针对复活植物Haberlea rhodopensis的低温胁迫响应机制展开研究。研究人员发现低温条件下线粒体交替氧化酶（AOX）活性显著上升，同时多数线粒体内陷至中央液泡并发生延迟降解。该研究揭示了AOX驱动的呼吸作用与延迟线粒体自噬（mitophagy）的协同作用，为植物低温适应策略提供了新的结构功能依据，对理解植物抗逆机制具有重要意义。

　　

植物在面对环境胁迫时演化出多种适应性机制，其中复活植物Haberlea rhodopensis因其对脱水和低温的双重耐受性而成为研究热点。尽管其对零下温度的耐受性与脱水耐受性存在重叠，但关于其在零上低温（chilling stress）条件下的特异性响应机制仍知之甚少。线粒体替代氧化酶（AOX）活性与低温胁迫耐受性相关，尤其在（亚）热带起源植物中，但其在复活植物耐寒性中的功能尚未明确。本研究通过综合生理学、分子生物学和超微结构分析，揭示了H. rhodopensis在低温胁迫下的独特适应性策略。

研究团队采用多学科技术方法，包括环境与叶片温度监测、叶绿素a荧光诱导测定、电子显微镜超微结构观察、转录本与蛋白表达分析（qPCR和免疫印迹）、呼吸容量测定以及水杨酸含量检测。样本来自匈牙利ELTE E?tv?s Loránd大学植物园ex-situ保护的H. rhodopensis植株，在三个连续冬季的自然温度胁迫下采集，涵盖胁迫前（BS）、低温胁迫（CH）、零下胁迫（SZ）和胁迫后（AS）四个阶段。

环境条件与生理状态显示，随着环境温度降低，PSII反应中心的实际量子效率（Ф_PSII）下降，能量分配转向PSII天线热发射（Ф_NPQ）。零下条件下PSII完全失活，非功能性PSII反应中心能量耗散（Ф_NF

超微结构分析揭示，低温条件下绝大多数线粒体内陷至中央液泡，形成链状或环状结构，伴随电子致密层和液泡来源的囊泡。这些线粒体经历逐渐降解过程，表现为内部膜形成囊泡、基质膨胀和结构破坏，而零下条件下细胞器重新定位，液泡内线粒体降解近乎完成。

水杨酸（SA）含量测定显示，低温条件下游离SA显著积累，结合SA无变化；零下条件下游离SA减少，结合SA增加，表明SA信号在AOX表达调控中起作用。

分子与生化分析表明，低温条件下HrAOX2转录本丰度、AOX蛋白水平和替代途径呼吸容量（R_alt）均显著增加，而细胞色素途径呼吸容量（R_cyt）未变化。免疫印迹证实AOX蛋白表达上调，且与正对照植物一致。呼吸测量显示，低温条件下R_alt显著上升，零下条件下下降，表明AOX活性在低温胁迫中起核心作用。

讨论部分强调，AOX活性的增加与线粒体液泡内陷共存，形成一种延迟线粒体自噬现象。这种结构可能通过维持代谢活性和产热，为细胞提供保护窗口，避免活性氧（ROS）积累。线粒体内陷和降解的完成与AOX活性下降同步，表明其在低温适应中的时空协调性。该研究不仅揭示了H. rhodopensis独特的低温响应机制，还为植物抗逆性研究提供了新的视角，表明AOX驱动的呼吸与线粒体自噬的协同是植物应对环境胁迫的重要策略。

研究结论指出，AOX活性和线粒体液泡内陷是H. rhodopensis低温胁迫适应的关键特征，延迟自噬有助于维持细胞稳态。这一发现对理解植物耐寒机制和开发抗逆作物具有潜在应用价值。论文发表于《Plant Stress》，为植物胁迫生物学提供了重要理论依据。