南京农业大学科研团队在 aBIOTECH (Q1) 发文,揭示 ABA 与 ROS 协同调控植物抗旱新机制

植物应对干旱等逆境胁迫时，脱落酸（ABA）与活性氧（ROS）的信号交叉是调控气孔关闭、提升抗旱性的核心通路。NADPH 氧化酶 RBOHD 介导的 ROS 产生是 ABA 信号传导的关键环节，但 ABA 调控 ROS 生成、ROS 信号整合入 ABA 网络的分子机制长期未被解析。近日，南京农业大学与南京林业大学联合研究团队在aBIOTECH（2026 年，IF=Q1 区）发表重磅研究，系统阐明了转录因子 ABI4 通过氧化修饰介导 ABA-ROS 信号反馈调控气孔运动与抗旱性的全新机制，为作物抗旱分子育种提供关键理论支撑。

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通讯作者及单位及邮箱

Heng Zhou

Laboratory Center of Life Sciences, College of Life Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing, 210095, China

E-mail: hengzhou@njau.edu.cn

Yanjie Xie

Laboratory Center of Life Sciences, College of Life Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing, 210095, China

E-mail: yjxie@njau.edu.cn

核心内容

结果 1：ABI4 是 ABA 诱导 RBOHD 激活与 ROS 产生的必需因子。ABA 处理下野生型拟南芥中 ROS 水平与 RBOHD 表达量呈动态峰值变化，而abi4 突变体中 ABA 诱导的 RBOHD 转录上调与 ROS 积累均显著减弱。遗传分析显示，abi4、rbohd 单突变体均表现 ABA 诱导气孔关闭缺陷，双突变体表型更显著；H₂O₂可恢复 rbohd 突变体气孔关闭，却无法恢复 abi4 及双突变体，证明 ABI4 位于 RBOHD 上游，调控 ABA 诱导的 ROS 生成与气孔运动。

结果 2：RBOHD 产生的 ROS 介导 ABI4 的半胱氨酸亚磺酰化修饰。体外实验证实，低浓度 H₂O₂可显著诱导 ABI4 发生亚磺酰化修饰，高浓度或长时间处理则因过度氧化导致修饰水平下降。ABA 处理可在体内触发 ABI4 亚磺酰化，且该修饰动态变化与 ROS、RBOHD 表达趋势一致；在 abi4 rbohd 双突变体中，ABA 诱导的 ABI4 亚磺酰化被显著抑制，证明RBOHD 来源的 ROS 是 ABA 触发 ABI4 氧化修饰的核心。定点突变发现，ABI4 的 Cys250 位点是其发生亚磺酰化的关键位点。

结果 3：Cys250 亚磺酰化增强 ABI4 的 DNA 结合与转录激活活性。EMSA、ChIP-qPCR 与双荧光素酶实验共同证明，适度 H₂O₂或 ABA 处理通过 Cys250 亚磺酰化，显著提升 ABI4 结合 RBOHD 启动子的能力与转录激活活性；长时间处理导致的过度氧化则会抑制其功能。Cys250 位点突变后，ABI4 对 RBOHD 的调控作用完全丧失，证实该位点的氧化修饰是 ABI4 发挥功能的关键开关。

结果 4：RBOHD-ROS 通过 ABI4 Cys250 亚磺酰化调控 ABA 响应。回补实验显示，野生型 ABI4 可恢复 abi4 突变体的 ABA 与 H₂O₂诱导气孔关闭表型，而 Cys250 突变型 ABI4 无回补效果；在 abi4 rbohd 双突变体中，仅 H₂O₂可诱导野生型 ABI4 回补株的气孔关闭，进一步验证 RBOHD 产生的 ROS 通过 ABI4 Cys250 亚磺酰化调控 ABA 信号通路。

结果 5：ABI4 Cys250 亚磺酰化是植物抗旱性的关键决定因子。干旱处理后，abi4、rbohd 单突变体及双突变体抗旱性显著降低，离子渗漏与 MDA 含量显著升高；回补野生型 ABI4 可恢复 abi4 突变体抗旱性，而 Cys250 突变型 ABI4 无此效果。同时，干旱响应关键基因（DREB、ABF、RAB18 等）的表达依赖于 ABI4 Cys250 亚磺酰化，证明该氧化修饰是植物应对干旱胁迫的核心调控环节。

图解

图 1：ABI4 位于 RBOHD 上游调控 ABA 诱导的 ROS 生成与气孔关闭。A：ABA 处理下野生型与 rbohd 突变体原生质体中 ROS 积累的时间动态；B：ABA 处理下野生型与 abi4 突变体中 RBOHD 表达的时间动态；C：ABA 处理后野生型与 abi4 突变体中 RBOHD 表达水平对比；D：ABA 处理后野生型与 abi4 突变体叶片中 ROS 积累差异；E/F：野生型、abi4、rbohd 及双突变体在对照、ABA、H₂O₂处理下的气孔孔径表型与定量；G：不同基因型保卫细胞中 ABA 诱导的 ROS 水平对比。

图 2：RBOHD 产生的 H₂O₂介导 ABI4 亚磺酰化修饰。A：不同浓度 H₂O₂对 ABI4 亚磺酰化水平的影响；B：H₂O₂处理时间对 ABI4 亚磺酰化水平的影响；C：ABA 处理时间对 abi4 突变体原生质体中 ABI4 亚磺酰化的影响；D：ABA 处理下 abi4 与 abi4 rbohd 原生质体中 ABI4 亚磺酰化水平对比；E：ABI4 不同半胱氨酸位点突变体的 H₂O₂诱导亚磺酰化水平检测，确定 Cys250 为关键位点。

图 3：Cys250 亚磺酰化增强 ABI4 的 DNA 结合与转录激活活性。A/C：ABI4 及 Cys250 突变体与 RBOHD 启动子 CCAC 基序的体外结合实验；B：H₂O₂处理时间对 ABI4 结合 RBOHD 启动子的影响；D：ABA 与 H₂O₂处理下 ABI4 在 RBOHD 启动子上的体内结合富集定量；E/F：H₂O₂与 ABA 处理下，ABI4 及 Cys250 突变体对 RBOHD 启动子的转录激活活性检测。

图 4：RBOHD-ROS 通过 ABI4 Cys250 亚磺酰化调控 ABA 响应。A/B：野生型、突变体及 ABI4/Cys250 突变回补株在对照、ABA、H₂O₂处理下的气孔表型与定量；C：不同基因型保卫细胞中 ABA 诱导的 ROS 水平对比。

图 5：ABI4 Cys250 亚磺酰化调控植物抗旱性。A/B/C：野生型、abi4、rbohd 及双突变体的干旱表型、存活率、离子渗漏与 MDA 含量；D/E/F：野生型、突变体及 ABI4/Cys250 突变回补株的干旱表型、存活率、离子渗漏与 MDA 含量。

图 6：工作模型图。干旱胁迫下，ABA 诱导 ABI4 激活 RBOHD 表达产生 ROS；ROS 反过来修饰 ABI4 的 Cys250 位点增强其转录活性，形成正反馈放大 ABA 信号，促进气孔关闭；持续高 ROS 则导致 ABI4 过度氧化失活，形成信号刹车机制，精准调控植物抗旱响应。

展望

本研究揭示了ABI4 氧化修饰介导的 ABA-ROS 反馈调控环路，明确 Cys250 是整合氧化信号与激素信号的分子开关，完善了植物逆境信号交叉的理论框架。未来可针对该位点开展分子设计育种，精准调控作物 ROS 稳态与 ABA 信号强度，培育节水抗旱、稳产高产的作物新品种；同时，该氧化修饰调控模式可为其他植物激素与逆境信号通路研究提供全新思路，推动植物逆境生物学领域的深入发展。