植物激素脱落酸(abscisic acid，ABA)在植物胁迫应答和生长调节中起着重要作用，而异三聚体G蛋白是ABA应答的关键介质。ABA和G蛋白也参与细胞内氧化还原调节;然而，可逆的蛋白质氧化对ABA和/或G蛋白信号传导的影响程度仍不明确。

　　为了探究可逆蛋白氧化在植物胁迫响应中的作用及其对G蛋白的依赖性，蛋白质组学实验设计和氧化还原蛋白质组学分析如图1，我们测定了拟南芥野生型和G蛋白缺失突变体agb1的ABA依赖性可逆氧化还原酶组。ABA和AGB1缺失对拟南芥整体蛋白质组和拟南芥氧化还原蛋白质组的影响如图2、3。从密度图可以看出，在每个主要细胞组分中，agb1的氧化还原蛋白组与野生型植株有很大的不同(图4)。

　　我们定量了6891条含半胱氨酸的独特氧化多肽，其中923条在ABA处理后氧化发生了显著变化(图3)。这些变化大多需要G蛋白的存在。包括初级代谢、ROS反应、转译和光合作用的不同途径均表现出ABA和G蛋白依赖的氧化还原变化(图5、6)，与糖和碳水化合物代谢相关的蛋白质的可逆氧化如图7，其中许多发生在以前没有关联的蛋白质上。

　　在缺乏MAPK14的突变植株上进行的生理实验表明，AGB1介导的一个亚群反应在这些突变体中发生了改变(图8)，这表明MAPK可能是AGB1氧化还原反应的直接下游靶点。

　　综上，我们报道了最全面的ABA依赖的植物氧化核糖组，并揭示了一个复杂的可逆氧化网络，允许ABA和G蛋白快速调整细胞信号，以适应变化的环境。这些观察结果的部分生理验证表明，G蛋白的功能是维持细胞内氧化还原稳态和完全执行植物应激反应所必需的。

　　图1 蛋白质组学实验设计和氧化还原蛋白质组学分析示意图。(A)拟南芥野生型(WT)和agb1 null突变体幼苗在液氮下研磨，三氯乙酸(TCA)/丙酮法提取，碘乙酰胺(IAM)阻断还原硫醇。整体蛋白质组学分析包括裂解液的还原、烷基化和消化，然后通过基于质谱的无标记定量(LFQ)蛋白质组学进行分析。(B)对于氧化还原分析，随后使用二硫代乙醇(DTT)还原含有被阻断的还原半胱氨酸硫醇的裂解液，因此还原了体内被可逆氧化的所有硫醇。然后用TPS6B树脂富集这些现在游离的硫醇，在树脂上结合、洗涤和消化。用LFQ蛋白质组学分析洗脱液。

　　图2 ABA和AGB1缺失对拟南芥整体蛋白质组的影响。(A) agb1和WT植物中显著改变蛋白丰度的蛋白数量。(B)比较WT和agb1 的ABA反应时重叠且独特的差异丰富蛋白的维恩图。(C)比较WT对ABA和AGB1缺失的响应时，表示重叠和独特的差异丰富蛋白的维恩图。(D)在不同比较中，全局蛋白质组水平上所有差异丰富蛋白质的热图。红色和蓝色分别表示蛋白质水平升高和降低的log2倍变化值。

　　图3 ABA和AGB1含量对拟南芥氧化还原蛋白质组的影响。(A)在agb1和WT植物中显著改变半胱氨酸硫醇氧化的多肽数量。(B)比较WT和agb1的ABA反应时重叠和独特的差异氧化蛋白的维恩图。(C)比较WT对ABA和AGB1损失的响应时，表示重叠和独特的差异氧化蛋白的维恩图。(D)不同比较下氧化还原蛋白组水平所有差异氧化肽的热图。红色和蓝色分别表示半胱氨酸氧化增加和减少的log2倍变化值。

　　图4 密度图描绘了不同细胞室中的显著氧化变化。脱落酸(ABA)处理后WT和agb1在叶绿体、细胞质、质膜和线粒体中的氧化变化。x轴表示氧化增加或减少的幅度，以log2倍的变化表示。y轴表示差分氧化标识符的累积。密度图表明WT在细胞内的半胱氨酸氧化积累增加。

　　图5 ABA对agb1突变体的影响。(A)与野生型相比，agb1突变体对ABA在萌发时的抑制高度敏感。(B)与野生型相比，agb1突变体在脱水反应中表现出更高的花青素指数。(C)本研究中确定的所有过氧化物酶中ABA依赖的氧化变化在野生型和agb1突变体中是不同的。Agb1突变体表现出硫氧还蛋白氧化减少或不发生变化，但本研究发现硫氧还蛋白还原酶氧化程度较高。通过(D) N硝基蓝四氮唑(NBT)染色和(E) 3,3′-二氨基联苯胺(DAB)染色检测，与野生型植物相比，agb1突变体显示出更高的活性氧(ROS)水平，这是固有的，也是对ABA的响应。上图为代表性图片，下图为NBT和DAB染色定量图，n=4。误差条表示±SE。

　　图6 AGB1在干旱胁迫下对光合作用有调节作用。利用Phenovation公司的光合表型成像系统CropReporter对野生型、AGB1 -2和AGB1 -5植株脱水处理4 h后的光合作用参数进行了定量研究。agb1相对于野生型植株在控制和脱水胁迫条件下(A) Fq ' /Fm ' (PSII的工作效率)，(B)非光化学猝灭(NPQ)，和(C)电子转移速率(ETR)。数据表示两个结果相似的独立实验中的一个的平均值和标准误差(±SE) (n=3)。

　　图7 脱落酸(ABA)和agb1对淀粉和蔗糖代谢的影响(A)利用Pathview绘图工具可视化了淀粉和蔗糖代谢相关的KEGG通路。虚线表示连接路径的链接。红色和蓝色分别表示氧化增加和减少。字母A, B和C包括在颜色编码折叠变化指的是一个特定的蛋白质的氧化水平在不同的比较。(B)在对照和aba处理条件下，使用Lugol 's溶液对WT和agb1突变体叶片进行淀粉含量染色。

　　图8 mapk14突变体显示了可变的胁迫反应。(A)与野生型相比，mapk14突变体在脱水反应中表现出更高的花青素指数。通过(B) NBT染色和(C) DAB染色检测，与野生型植物相比，mapk14突变体显示出更高的活性氧(ROS)水平，这是固有的，也是对脱落酸(ABA)的响应。上图为代表性图像，下图为NBT和DAB染色定量，n=4。有些图片中的竖线是封面/幻灯片的边缘

　　来源：Smythers, A.L., Bhatnagar, N., Van Ha, C., Majumdar, P., McConnell, E.W., Mohanasundaram, B., Hicks, L.M. and Pandey, S. (2022), Abscisic acid controlled redox proteome of Arabidopsis and its regulation by heterotrimeric Gβ protein. New Phytol. Accepted Author Manuscript. https://doi.org/10.1111/nph.18348

　　编辑：王春颖