《The FEBS Journal》：The competitive interplay of 12-oxophytodienoic acid (OPDA), protein thiols, and glutathione
编辑推荐：
本文系统阐述了植物激素前体12-氧代植物二烯酸（OPDA）通过迈克尔加成反应与硫醇基团形成可逆共价修饰（OPDAylation）的分子机制，揭示了其与谷胱甘肽（GSH）和硫氧还蛋白（TRX）等关键氧化还原调控蛋白的动态互作网络。研究通过体外实验证明OPDAylation受pH、硫醇浓度及酶促反应调控，且该过程在光胁迫下通过调节活性氧（H2O2）代谢和类黄酮合成参与植物应激防御，为理解OPDA特异性信号通路提供了新视角。
引言
12-氧代植物二烯酸（OPDA）作为环戊烯酮类氧脂素，是茉莉酸（JA）的前体，但其本身作为植物激素参与种子萌发、生长发育及应激响应。OPDA的α,β-不饱和羰基结构使其能够通过迈克尔加成与游离硫醇基团共价结合，形成OPDA化修饰（OPDAylation），进而调控硫氧还蛋白（TRX）、亲环蛋白20-3（Cyp20-3）等氧化还原网络核心蛋白的活性。研究表明，OPDAylation可能作为一种可逆的翻译后修饰（PTM），其动态平衡对植物应对光胁迫等逆境至关重要。
OPDA加合物的形成
通过质谱分析发现，OPDA与硫氧还蛋白TRX-h3在4:1摩尔比下孵育16小时后可形成1-3个OPDA修饰（分子量增加约290 Da/修饰）。类似地，OPDA与谷胱甘肽（GSH）或二硫苏糖醇（DTT）的加合物形成呈pH依赖性，碱性条件（pH 8.7）下反应速率显著高于酸性条件（pH 5.7）。核磁共振（1H-NMR）显示，OPDA与GSH在3小时内转化率达59%，表明非酶促加合物形成效率较高。
过量硫醇引发的蛋白加合物解离
在OPDA化的TRX-h3中加入GSH后，质谱检测到多OPDA修饰的蛋白峰（如二修饰和三修饰峰）在24小时内逐渐消失，提示GSH可触发去OPDA化（de-OPDAylation）。活性分析进一步证实：OPDA化显著抑制TRX-h3、TRX-f1和TRX-m4的胰岛素还原活性（残留活性分别为47%、67%和71%），而加入1 mM GSH后活性可部分恢复。此外，Cyp20-3的肽酰-脯氨酰顺反异构酶（PPIase）活性在OPDA化后下降，但经GSH或DTT处理可恢复154.1%（pH 7.2条件下），且恢复程度随pH升高而增强，支持去OPDA化过程遵循E1cB机制（碱促逆迈克尔加成）。
GSH在OPDA化中的竞争作用
尽管细胞内GSH浓度（mM级）远高于OPDA（μM级），体外实验表明GSH预处理并不阻碍OPDA与TRX-f1/TRX-m4的结合。酪氨酸荧光淬灭实验显示，OPDA对TRX的修饰效率在GSH存在时未受显著影响，说明蛋白硫醇（如TRX活性中心的Cys32）因亲核性更强，较GSH更易与OPDA发生动力学控制的快速反应。体内实验进一步发现，拟南芥叶盘在EEE胁迫下，OPDA预处理可抑制H2O2积累并促进类黄酮合成，且该效应不受外源GSH的干扰，印证了蛋白OPDA化的优先性。
逆迈克尔加成与硫醇交换机制
去OPDA化可能通过两种途径实现：逆迈克尔加成直接释放游离OPDA，或通过硫醇交换将OPDA转移至其他硫醇化合物。实验表明，GSH可促使DTT-OPDA加合物完全解离，但OPDA-GSH加合物在DTT存在下仍稳定存在，且反应中未检测到游离OPDA的生成，提示硫醇交换可能是主要途径。推测谷胱甘肽-S-转移酶（GSTλ/DHAR）可能催化该过程，但需进一步验证。
光胁迫下的OPDA信号调控
转录组数据分析发现，高温、强光或机械损伤可诱导特定GST（如GSTU20、DHAR3）及MYB转录因子（MYB11/111）上调，这些基因与类黄酮合成及OPDA信号密切相关。在EEE胁迫中，OPDA通过修饰Cyp20-3激活半胱氨酸合成复合体（CSC），促进GSH合成，形成负反馈调节环路。同时，叶绿体基质在光下碱化（pH>8）可能加速GS-OPDA形成，而GST介导的OPDA运输可能将其导向过氧化物酶体用于JA合成或液泡降解。
讨论与结论
本研究证实OPDA化是一种可逆的PTM，其动态平衡受蛋白敏感性、pH及硫醇浓度调控。OPDA与蛋白硫醇的快速结合（动力学控制）和与GSH的缓慢反应（热力学控制）共同构成精细调控网络。在光胁迫下，该网络通过调节H2O2水平和抗氧化物质合成增强植物适应性。未来需深入探究GSTλ/DHAR在去OPDA化中的酶学功能及OPDA信号与JA通路的交叉调控机制。
