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逸云
水淹胁迫会导致植物缺氧并抑制ATP产生和植物发育。随着气候变化加剧，全球洪灾事件的数量和强度迅速增加，作物大量减产，威胁全球粮食安全。高等植物对外源性缺氧的分子响应是由ERF-VIIs（groupVIIethyleneresponsefactors）驱动的，这些转录因子会上调可以帮助植物适应低氧的基因表达，如厌氧代谢相关基因。研究表明，ERF-VIIs的稳定性受到PCOs（plantcysteineoxidases）的调节：在正常氧气条件下，PCO可以催化ERF-VII的保守N末端半胱氨酸反应产半胱氨酸亚磺酸，从而触发N-降解途径C导致ERF-VII被泛素-蛋白酶体系统降解；在低氧条件下，ERF-VII不发生氧化反应，而稳定存在并启动低氧响应基因表达。结果表明PCO可以作为植物氧气感受器在调节ERF-VII稳定性中发挥重要作用，并将环境刺激与细胞和生理反应联系在一起。因此，对PCO活性的调控是提高植物耐涝能力的关键，但是目前关于PCO的结构特征及其引起植物低氧适应性的能力尚不清楚。
近日，英国牛津大学的研究人员在PNAS在线发表了一篇题为StructuresofArabidopsisthalianaoxygen-sensingplantcysteineoxidases4and5enabletargetedmanipulationoftheiractivity的研究论文，揭示了拟南芥中两个PCO的结构及影响其活性的关键氨基酸位点。
拟南芥中共有5种PCO酶（AtPCOs1-5），其中AtPCO4和AtPCO5两个组成性表达的酶在体外具有最大的催化效率。通过对AtPCO4和AtPCO5蛋白晶体结构解析，发现AtPCO4和AtPCO5均以单体形式结晶，并且AtPCO4具有两种不同的结构，分别为AtPCO4_1和AtPCO4_2。AtPCO5以及AtPCO4_1和AtPCO4_2晶体结构分辨率分别达到1.91?,1.82?和1.24?。
进一步对AtPCO4和AtPCO5的结构分析发现它们均包括一个核心双链β-螺旋（DSBH），这种结构支持了由三个组氨酸残基配位的核心金属辅因子的存在。尽管PCOs的DSBH折叠与其他小分子巯基双加氧酶的Ser-X-His-X-Tyr基序相似，但是活性位点比对结果表明AtPCO的活性位点中Arg残基丢失，因此导致其结合底物为多肽而非小分子底物。此外，该研究还发现PCOs与小分子巯基双加氧酶之间围绕活性位点的氨基酸的差异。这些差异结果表明，AtPCOs专门进化为使其能够催化Nt-Cys起始蛋白的氧化。最后，通过酵母和植物互补分析，发现PCOs两个活性位点残基的替换会对PCOs的功能产生显著影响，进而影响植物生长。
ViewsoftheactivesitesofAtPCO4_1,AtPCO4_2,andAtPCO5
总之，该研究确定了拟南芥中PCOs的结构并揭示了其发挥催化功能的机理，该研究为通过操纵PCO结构和活性以提高农作物的耐涝能力奠定了基础。
参考文献B.Giuntoli,P.Perata,GroupVIIethyleneresponsefactorsinArabidopsis:Regulationandphysiologicalroles.PlantPhysiol.,–().M.D.Whiteetal.,Plantcysteineoxidasesaredioxygenasesthatdirectlyenablearginyltransferase-catalysedarginylationofN-endruletargets.Nat.Commun.8,().M.D.White,J.J.A.G.Kamps,S.East,L.J.TaylorKearney,E.Flashman,TheplantcysteineoxidasesfromArabidopsisthalianaarekineticallytailoredtoactasoxygensensors.J.Biol.Chem.,–().原文链接：
