氫氣效應(yīng)分子：植物學(xué)研究植物具有合成氫氣的能力

氫氣生物學(xué)效應(yīng)機(jī)制研究中最重要的科學(xué)問題之一是找到氫氣的分子靶點(diǎn)，植物學(xué)研究給氫氣效應(yīng)靶點(diǎn)的研究提供了重要參考信息。
植物具有合成氫氣的能力，但其分子基礎(chǔ)和細(xì)節(jié)并不了解。但氫氣對(duì)植物生理作用和抗病能力調(diào)節(jié)作用是比較確定的，但是氫氣產(chǎn)生大量生物學(xué)作用的分子基礎(chǔ)仍然不夠清楚。有學(xué)者曾經(jīng)提出氫氣是一種信號(hào)分子和內(nèi)源性調(diào)節(jié)分子，但具體作用方式，特別是特異性分子目標(biāo)是這一領(lǐng)域研究的關(guān)鍵。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)沈文颷教授是氫氣植物學(xué)作用領(lǐng)域研究的領(lǐng)先學(xué)者，發(fā)表了大量氫氣植物效應(yīng)方面的研究論文。且在氫氣的農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了大量探索，也取得了包括水稻果蔬等方面的成效。在氫氣機(jī)制研究方面，植物學(xué)研究也非常有獨(dú)特性。最近這一研究提出硝酸鹽還原酶是氫氣作用的目標(biāo)分子，就是這方面研究的重要體現(xiàn)。未來(lái)或許可以把氫氣效應(yīng)能凝聚成一個(gè)更完整故事，對(duì)理解氫氣生物學(xué)效應(yīng)，將會(huì)產(chǎn)生重要影響。
Cheng P, Wang Y, Cai C, Li L, Zeng Y, Cheng X, Shen W. Molecular hydrogen positively regulates nitrate uptake and seed size by targeting nitrate reductase. Plant Physiol. 2023 Aug 25:kiad474.
 氫氣對(duì)氮同化調(diào)控的工作模型。
當(dāng)擬南芥在低氮條件下生長(zhǎng)時(shí)，直接或間接地描述了靶向硝酸鹽還原酶NR（去磷酸化等）的氫氣（CrHYD1基因調(diào)控或去磷酸化等）信號(hào)通路的工作模型。然后觀察到NUE值較高，種子大小較大。硝酸鹽還原酶依賴的一氧化氮（實(shí)心箭頭）和硝酸鹽還原酶不依賴的一氧化氮合成途徑（虛線箭頭）可能部分參與了上述氫反應(yīng)。
論文摘要
盡管植物中分子氫（H2）合成的來(lái)源仍有待完全闡明，但大量證據(jù)表明，植物性H2可以調(diào)節(jié)發(fā)育和脅迫反應(yīng)。在這里，我們提出了遺傳和分子證據(jù)表明，硝酸鹽還原酶（NR）可能是H2傳感的靶標(biāo)，其正向調(diào)節(jié)擬南芥（擬南芥）中的氮利用效率（NUE）和種子大小。NR的表達(dá)水平和NUE的變化得到控制，特別是低氮供應(yīng)，與外源性或通過(guò)遺傳操作提供的H2添加呈正相關(guān)。H2實(shí)現(xiàn)的硝酸鹽同化改善也是通過(guò)NR去磷酸化介導(dǎo)的。NR突變損害了種子大小的H2控制。進(jìn)一步的遺傳證據(jù)表明，H2，NR和一氧化氮可以協(xié)同調(diào)節(jié)硝酸鹽同化以響應(yīng)N饑餓條件?？偟膩?lái)說(shuō)，我們的數(shù)據(jù)表明NR可能是H2傳感的靶標(biāo)，最終正向調(diào)節(jié)硝酸鹽的攝取和種子大小。這些結(jié)果為H2信號(hào)及其在植物代謝中的功能提供了見解