摘要：全球气候变化导致洪涝灾害频发，严重威胁粮食生产安全。洪涝造成的低氧胁迫是植物最常见的非生物胁迫之一。低氧环境抑制了植物的有氧呼吸，导致能量供应失衡和活性氧 (ROS) 的大量积累，从能量代谢和氧化毒害两方面严重危害植物生存。因此，植物需要通过在形态学、生理学和

全球气候变化导致洪涝灾害频发，严重威胁粮食生产安全。洪涝造成的低氧胁迫是植物最常见的非生物胁迫之一。低氧环境抑制了植物的有氧呼吸，导致能量供应失衡和活性氧 (ROS) 的大量积累，从能量代谢和氧化毒害两方面严重危害植物生存。因此，植物需要通过在形态学、生理学和代谢层面上进行改变以适应低氧环境。深入了解植物在低氧胁迫中的生理过程和分子机理，对理解植物逆境响应机制和保障粮食安全具有重要意义。

近日，中山大学肖仕教授团队联合清华大学谢道昕院士团队在JIPB上合作发表了题为“Survival mechanisms of Plants under hypoxic stress: Physiological acclimation and molecular regulation”的特约综述论文 (3‍88 0 )。该论文全面综述了植物低氧响应的生理适应与分子调控机制，重点讨论了ERF-VII (Group VII Ethylene Response Factors) 蛋白家族在低氧胁迫中的核心作用，并系统分析了ERF-VII蛋白同植物激素、蛋白翻译后修饰、脂类信号和一氧化氮 (NO) 等不同细胞信号通路的交互作用，构建了详细的植物低氧应答信号网络，为培育较强气候适应能力的作物提供了分子依据。

植物低氧胁迫是一个复杂生理过程，可划分为低氧初期、持续低氧和复氧等不同的阶段。在低氧初期，随着环境中溶解氧的下降，细胞内生理过程开始受阻，ROS快速积累。以乙烯为代表的激素信号激活，调控下游低氧相关信号通路。同时ERF-VII蛋白在植物体内快速积累并进入细胞核激活转录活性，调控低氧响应基因 (HRGs) 的表达，重编程细胞能量代谢。随着低氧时间的进一步延伸，转录等重要生理过程受阻，植物进入持续低氧阶段，植物激素信号和HRGs的表达也开始下降，细胞持续受损。而在复氧阶段，细胞合成和代谢活动重启，导致了ROS爆发，在此阶段以茉莉素 (JA)、乙烯 (ETH) 和脱落酸 (ABA) 为代表的植物激素快速响应，启动ROS清除系统，协助植物快速恢复 (图1)。

图1. 植物低氧-复氧应答过程的信号复杂性

ERF-VII蛋白家族是植物低氧响应的核心调控因子。在常氧条件下，ERF-VII蛋白通过Arg-Cys/N端降解途径被降解。ERF-VII蛋白N末端具有易氧化的Cys残基，氧气浓度正常时，Cys被氧化为Cysox并进一步被精氨酸转移酶 (ATE) 识别，形成独特的Arg-Cysox的N末端结构，最终通过泛素-蛋白酶系统降解。部分ERF-VII蛋白通过与ACBPs结合锚定在膜上，以维持其蛋白稳态。在低氧条件下，ERF-VII蛋白降解过程被抑制，加之线粒体功能受损，ATP产量降低，脂肪酸合成受损，刺激质膜上ACBPs-ERF-VII复合物解离，ERF-VII在细胞中大量积累并入核发挥转录因子功能。与此同时，TOR、MPK3/6、CPK12、CPK16等激酶整合磷酸化信号调节ERF-VII蛋白功能和下游信号应答过程。PA作为信号分子在此环境中被激活，通过增强MPK3/6介导的级联信号通路或CPK12的“质核穿梭”来强化低氧信号转导 (图2)。

图2. ERF-VII转录因子参与低氧应答的分子机制

综上，该论文系统总结了植物在低氧感知与应答中的信号调控网络，重点讨论了低氧应答过程的生理复杂性和ERF-VII蛋白的核心调控机制，为探讨作物应对洪涝灾害的生存策略提供了重要的理论基础。

中山大学博士生王林娜和清华大学博士生王伟丞为论文共同第一作者，中山大学肖仕教授、谢若瀚助理教授和清华大学谢道昕院士为论文通讯作者。廖珂博士和徐灵婧硕士参与了论文的讨论、撰写和修改。相关研究得到了深圳市科技计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目的资助。

文章引用：

Wang, L., Wang, W., Liao, K., Xu, L., Xie, D., Xie, R., and Xiao, S. (2025). Survival mechanisms of plants under hypoxic stress: Physiological acclimation and molecular regulation. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13‍880

植物科学最前沿，专注于植物科学前沿进展、资讯、招聘信息的发布及方法软件共享等zwkxqy；

来源：科学联线牵