摘要：过氧化氢（H2O2） 是真核生物体内普遍存在的一种信号分子，对免疫反应等诸多生命活动起重要调控作用，但其感应机制仍不清晰。在生物体内，蛋白质的甲硫氨酸（cysteine）和半胱氨酸（methionine）残基能够通过被H2O2氧化修饰的方式，来感应H2O2信号

过氧化氢（H2O2） 是真核生物体内普遍存在的一种信号分子，对免疫反应等诸多生命活动起重要调控作用，但其感应机制仍不清晰。在生物体内，蛋白质的甲硫氨酸（cysteine）和半胱氨酸（methionine）残基能够通过被H2O2氧化修饰的方式，来感应H2O2信号。以往的研究主要聚焦于过氧化物酶这类H2O2感应蛋白，而其他蛋白感应H2O2信号的机制仍大量未知。

2025年1月14日，四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室陈学伟/王静团队在国际权威期刊Cell Research（IF5y=36.4）在线发表了题为Rice transcription factor bHLH25 confers resistance to multiple diseases by sensing H2O2的研究论文，揭示了水稻转录因子bHLH25通过第256位甲硫氨酸残基（M256）感应H2O2从而先后调控木质素合成和抗菌素合成这两条免疫通路来增强植物对多病原的抗病性。

该研究发现H2O2可通过抑制miR397b来激活OsLAC7/28/29的表达。借助酵母单杂交技术，作者鉴定出转录因子bHLH25能够与miR397b启动子上的G-box-like元件相结合。研究结果显示，一方面bHLH25通过抑制miR397b的表达，促进OsLAC7/28/29的表达，进而增强水稻木质素（lignin）的积累、细胞壁的加固以提高抗病性。另一方面，bHLH25通过结合编码抗菌素合成酶的基因CPS2启动子上的N-box-like元件，促进CPS2的表达，从而促进抗菌素（phytoalexin）的积累引起免疫自激活以增强抗病性。

质谱分析表明，稻瘟菌的侵染能显著提升水稻bHLH25甲硫氨酸残基的氧化水平，而且直接对bHLH25蛋白进行H2O2处理，同样可以增加这些甲硫氨酸残基的氧化程度。检测结果显示，植物遭受稻瘟菌等病原菌侵染时，诱发产生的H2O2使bHLH25的第256位甲硫氨酸残基（M256）发生氧化修饰。氧化的bHLH25倾向结合miR397b前体基因启动子并抑制miR397b表达，而漆酶基因mRNA积累，并增强木质素合成并加固植物细胞壁以抵御病原菌从外界入侵水稻。木质素的合成消耗了H2O2，导致bHLH25转化为非氧化状态。非氧化的bHLH25倾向结合抗菌素合成酶基因CPS2的启动子促进CPS2表达以增强抗菌素合成，以抵御那些进入植物体内的病原菌扩展。

由于被氧化修饰的M256残基位于bHLH25的DNA结构域，作者利用氨基酸残基突变实验发现M256V突变削弱了bHLH25对miR397b和CPS2启动子的结合能力、对H2O2的感应能力以及对植物抗病性的调控能力，说明M256残基对于bHLH25感应H2O2并增强植物抗病性是必不可少的。有趣的是，氨基酸序列分析显示bHLH25的M256残基及其所在的DNA结构域在基因组已测序的所有110种植物中高度保守，而且拟南芥中bHLH25的同源蛋白AtbHLH25同样依赖类似M256的残基来感应H2O2，表明bHLH25的作用机制很可能在所有基因组序列已知的110个植物物种中具有保守性。另外，水稻bHLH25对真菌纹枯菌引发的纹枯病以及细菌白叶枯菌引发的白叶枯病都具有重要的调控作用，表明bHLH25能够赋予植物对多种病害的抗性。

综上所述，该研究不仅阐明了植物利用单个蛋白感应H2O2来动态调控两条相对独立且相继发生的抗病通路，还发现了植物利用bHLH25的氧化/非氧化状态来维持H2O2、木质素和抗菌素之间的微妙平衡，以避免三者任一物质的过度积累给植物细胞带来毒害作用，进而实现植物正常生长发育的同时，保证有效抵御病害。鉴于bHLH25基因赋予植物对多种病害的抗性，通过发现bHLH25的优异等位变异并加以育种，可为作物的广谱抗病育种应用提供新的基因资源及技术途径。

图1 bHLH25通过M256氨基酸残基感应H2O2以赋予植物广谱抗病性的模型

陈学伟团队的廖海澄博士、方宇博士、尹俊杰副教授、贺闽教授和魏英杰博士为论文的共同第一作者，陈学伟教授和王静教授为论文的共同通讯作者。该研究由四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室陈学伟带领的水稻重大病害抗性机制与应用团队主导，与美国加州大学戴维斯分校、斯洛伐克共和国兹沃伦技术大学、日本帝京大学等国内外科研机构合作完成。研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、新基石研究员项目、四川自然科学基金项目等项目资助。

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来源：小眼看世界