硫化氢通过调控BrSDH1-1可变剪接诱导大白菜气孔关闭的分子机制研究

本研究针对大白菜干旱胁迫响应机制，揭示了气体信号分子硫化氢(H2S)通过调控线粒体复合体II关键亚基BrSDH1-1的可变剪接(AS)，产生功能分化的转录本BrSDH1-1A/B/C，进而通过蛋白质巯基化修饰(S-sulfhydration)激活琥珀酸脱氢酶(SDH)活性，促进ATP生成并清除活性氧(ROS)，最终增强气孔关闭和抗旱性。该发现为园艺作物抗逆育种提供了新靶点。

　　

在气候变化加剧的背景下，干旱已成为威胁蔬菜作物生产的主要环境压力。大白菜(Brassica rapa)作为我国重要的叶用蔬菜，其丰厚的叶片结构使其对水分胁迫异常敏感。气孔作为植物与外界气体交换的主要通道，其开闭动态直接影响水分利用效率和光合作用。虽然已知气体信号分子硫化氢(H₂S)能诱导气孔关闭，但其通过能量代谢调控气孔运动的分子机制，尤其在多倍体作物中的调控网络仍存在巨大知识空白。

这项发表在《Horticulture Research》的研究首次揭示，H₂S通过调控线粒体复合体II关键组分BrSDH1-1的可变剪接，协调能量代谢与氧化还原平衡，从而优化大白菜的气孔运动。研究团队发现，大白菜基因组中存在两个SDH1-1同源基因，通过病毒诱导基因沉默(VIGS)证实BrSDH1-1参与气孔调控。全长转录组测序意外发现H₂S虽不改变BrSDH1-1转录水平，但诱导其发生可变剪接，产生BrSDH1-1A/B/C三种转录本。

研究采用多学科技术手段：通过纳米孔测序解析H₂S处理的转录组特征；利用农杆菌介导的烟草瞬时表达系统分析蛋白亚细胞定位；构建拟南芥过表达株系进行抗旱表型验证；结合生物素转换实验和免疫印迹检测蛋白质巯基化修饰；采用线粒体复合体活性检测试剂盒测定SDH酶活。

研究结果显示：

1. 1.

   BrSDH1-1功能验证：沉默BrSDH1-1导致大白菜生长受阻、气孔开度增大，且对H₂S的响应减弱，证实BrSDH1-1是H₂S信号通路的关键组分。

2. 2.

   可变剪接调控机制：H₂S通过A3SS(可变3'剪接位点)事件促使BrSDH1-1前体mRNA产生BrSDH1-1B/C变体，其中BrSDH1-1B表达显著上调。

3. 3.

   转录本功能分化：过表达实验显示BrSDH1-1A/C显著提升拟南芥抗旱性(存活率>50%)，而BrSDH1-1B功能缺失；亚细胞定位发现三者均定位于线粒体，但蛋白积累量存在BrSDH1-1A>BrSDH1-1C>BrSDH1-1B的差异。

4. 4.

   分子作用机制：H₂S通过巯基化修饰激活BrSDH1-1A/C的SDH活性(提升4倍)，促进ATP生成并清除过量ROS，而BrSDH1-1B因缺乏修饰位点无此效应。

该研究创新性地提出H₂S通过"可变剪接-巯基化修饰"双重调控模型：在转录后水平，H₂S通过改变剪接模式调控BrSDH1-1异构体比例；在翻译后水平，选择性巯基化修饰BrSDH1-1A/C增强其酶活。这种精细调控既保障了能量供应，又避免了ROS过度积累，为多倍体作物应对干旱胁迫提供了新型分子开关。研究成果不仅拓展了气体信号分子与RNA加工交叉调控的理论认知，更为设计"气孔智能调控"的节水型蔬菜品种提供了精准靶点。