硫化氢通过EPF肽的过硫化作用调控拟南芥气孔发育的分子机制

本研究针对H2S调控植物气孔发育的分子机制这一科学问题，通过遗传学与生化手段揭示了H2S通过转录水平和翻译后修饰（过硫化）双重调控EPF家族肽（EPF1/2/FL9）的分子通路，首次阐明了气体信号分子H2S与气孔发育核心调控网络EPF-ER-MAPK的互作机制，为作物抗逆性改良提供了新靶点。

　　

气孔是植物与外界环境进行气体交换的重要门户，其发育和运动直接影响植物的光合作用、水分利用和抗逆能力。虽然已知硫化氢(H₂S)作为第三种气体信号分子参与调控气孔运动，但其在气孔发育中的作用仍是未解之谜。与此同时，表皮模式因子(EPFs)家族肽作为气孔发育的核心调控因子，其活性调控机制尚不完全清楚。山西大学的研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表的研究，首次揭示了H₂S通过双重机制调控EPFs介导的气孔发育网络，为理解气体信号与发育程序的交叉对话提供了新范式。

研究采用拟南芥野生型(Col-0)和H₂S合成缺陷突变体(lcd/des1)为材料，结合荧光探针成像、冷冻双束电镜、标签转换实验等技术，系统分析了H₂S对气孔密度的影响及其分子机制。

内源性H₂S缺陷抑制叶片气孔发育
通过比较野生型与lcd、des1单突变及lcd/des1双突变体，发现H₂S含量降低导致新生叶片气孔密度显著下降。冷冻电镜观察显示突变体气孔指数降低21%-34%，证实H₂S是气孔发育的正调控因子。

EPFs对H₂S信号的级联响应
研究发现EPFL9、EPF2和EPF1在转录水平上依次响应H₂S信号。在35S::EPFL9转基因株系中，外源清除H₂S仍导致气孔密度降低，表明EPFs是H₂S调控的下游效应器。

H₂S介导EPFs的过硫化修饰
标签转换实验首次证实EPF2和EPFL9能被H₂S过硫化修饰，这种翻译后修饰可能改变其与ER家族受体的结合活性，从而调控气孔发育。

该研究不仅阐明了H₂S通过转录激活和过硫化修饰双重调控EPFs的分子机制，更建立了气体信号分子与发育调控网络互作的新范式。在应用层面，这一发现为通过调控H₂S-EPFs模块来改良作物水分利用效率提供了理论依据。研究还提示，H₂S可能通过类似机制调控其他分泌肽介导的发育过程，为植物信号转导研究开辟了新方向。值得注意的是，H₂S对EPFs家族不同成员的差异化调控，反映了气孔发育调控网络的精密时空特异性，这一特性可能帮助植物灵活应对多变环境。