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IJMS：中国农业大学植物抗逆高效全国重点实验室王良省教授团队综述高等植物单线态氧的产生和信号转导

已有 107 次阅读 2026-11-1 07:54 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

背景

在植物的光合作用过程中，单线态氧 (¹O₂) 曾长期被视为一种高活性的细胞毒性分子，主要造成光氧化损伤。然而，近年来的研究颠覆了这一认知——单线态氧实际上是一种复杂而精巧的信号分子，在植物生长发育、逆境响应和细胞命运决定中发挥着关键作用。

2026年2月1日，中国农业大学植物抗逆高效全国重点实验室王良省教授团队应邀在国际知名期刊 International Journal of Molecular Sciences 发表了题为“Singlet Oxygen Generation and Signaling in Higher Plants”的综述文章。系统总结了植物中单线态氧的产生来源、感知机制、信号传导路径及其与植物激素的交互网络，为我们理解植物如何将氧化胁迫转化为适应性信号，提供了崭新的认知视角。

综述内容

单线态氧在植物细胞中主要来源于叶绿体，尤其是在光合作用过程中，当激发能过剩时，三线态叶绿素 (³Chl) 将能量传递给基态分子氧，生成单线态氧。此外，叶绿素合成过程中间体 (如Pchlide、Proto IX等) 和叶绿素降解产物 (如Pheophorbide a、RCC) 的大量积累、幼苗去黄化过程及非光合组织 (如根、过氧化物酶体) 在干旱、损伤、SA处理等胁迫下也能产生单线态氧。

单线态氧的信号转导起源主要分为基粒核心 (Grana Core) 和基粒边缘 (Grana Margin)。以ch1突变体为模型，单线态氧氧化β-胡萝卜素生成挥发性信号分子β-环柠檬醛 (β-CC)，β-CC通过MBS1和SCL14等因子调控核基因表达，增强植物对光氧化胁迫的耐受性。以flu突变体为模型，单线态氧氧化EXECUTER1 (EX1) 蛋白的W⁶⁴³残基，触发FtsH2依赖性蛋白水解。从而释放UVR肽段以依赖于TOC33的方式出叶绿体并进入细胞核调控单线态氧响应基因的表达。此外，EX2作为负调控因子，与EX1协同调控信号强度。单线态氧还可通过PUB4介导的叶绿体降解通路或SAFE1负调控通路传递信号，显示出其信号网络的复杂性 (图1）。

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图1. 叶绿体中单线态氧介导的信号转导通路。

单线态氧不仅是信号分子，还与JA和SA等激素通路相互串扰。在flu突变体中，单线态氧通过EX1依赖方式促进JA和OPDA积累。在中等强光胁迫下，β-CC介导的驯化适应并不会影响JA的生物合成或信号传导。而在极端高光下，JA大量积累从而促进细胞死亡。此外，高光诱导的β-CC可上调ICS1的表达，促进SA合成。SA通过NPR1、EDS1等因子调控单线态氧响应基因以增强植物抗性。SA本身也能在黑暗中通过脂质过氧化诱导单线态氧生成，形成正反馈调控。

作者简介

中国农业大学王良省教授实验室已出站博士后赵欢 (现东北林业大学预聘教授) 和博士生王馨悦为论文共同第一作者，王良省教授为该论文通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划 (2023YFF1000203-2) 和国家自然科学基金 (32170284) 的资助。王良省教授课题组长期致力于单线态氧信号转导的机理研究，相关研究结果在Molecular Plant、PNAS、Plant Cell 等期刊上发表。

东北林业大学赵欢副教授主要以模式植物拟南芥及重要林草植物为研究对象，系统开展盐胁迫与¹O₂信号的串扰机制，研究成果将为抗逆林草品种的分子育种提供新靶点，助力盐碱地生态修复与可持续农林业发展。赵欢副教授团队长期招收博士后，有意者请将个人简历发送至zhaohuan@nefu.edu.cn。邮件主题请注明：博士后应聘＋姓名。

欢迎阅读英文原文：https://www.mdpi.com/1422-0067/27/3/1462