桃（Prunus persica）作為全球廣泛栽培的重要經(jīng)濟(jì)果樹，其根系發(fā)育是樹體高效吸收水肥的基礎(chǔ)。側(cè)根作為根系核心組成部分，其發(fā)育直接影響植株?duì)I養(yǎng)獲取。當(dāng)前桃園養(yǎng)分投入量大，發(fā)達(dá)的側(cè)根對于提高桃樹養(yǎng)分吸收效率、降低桃園養(yǎng)分投入具有重要意義。硫化氫（hydrogen sulfide，H2S），是一種新型多功能氣體信號(hào)分子，已被證實(shí)參與調(diào)控植物環(huán)境適應(yīng)和生長發(fā)育的諸多過程，尤其在植物側(cè)根發(fā)育方面發(fā)揮著積極調(diào)控作用，但其具體作用通路與分子機(jī)制尚不明確。因此，解析H2S信號(hào)調(diào)控側(cè)根形成的機(jī)理，對塑造具有重要農(nóng)藝價(jià)值的根系構(gòu)型，以及推動(dòng)桃產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效具有重要的理論創(chuàng)新與實(shí)踐指導(dǎo)意義。

近日，園藝科學(xué)與工程學(xué)院彭福田教授團(tuán)隊(duì)在《Plant Biotechnology Journal》期刊上在線發(fā)表了題為“Hydrogen sulfide promotes lateral root formation in peach through persulfidation of SnRK1α kinase”的研究論文，揭示了能量/代謝調(diào)節(jié)器SnRK1蛋白激酶介導(dǎo)H2S調(diào)控桃側(cè)根形成的機(jī)制。

該研究發(fā)現(xiàn)，在H2S誘導(dǎo)的桃側(cè)根發(fā)育過程中，PpSnRK1激酶被外源H2S激活，其活性介導(dǎo)H2S促進(jìn)桃側(cè)根形成。通過過硫化及LC-MS/MS分析發(fā)現(xiàn)，H2S對PpSnRK1激酶α催化亞基上Cys419、Cys430和Cys505位殘基進(jìn)行了過硫化修飾，該修飾介導(dǎo)H2S對PpSnRK1活性的誘導(dǎo)，并且通過氨基酸位點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)證實(shí)過硫化位點(diǎn)Cys419和Cys430在H2S誘導(dǎo)的側(cè)根形成過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過蛋白互作分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，PpSnRK1α能與側(cè)根形成核心調(diào)控因子PpLBD16在細(xì)胞核中發(fā)生相互作用，外源H2S處理會(huì)加強(qiáng)PpSnRK1α的核定位。通過轉(zhuǎn)錄檢測及互作驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，PpLBD16下游靶基因PpCNGC1和PpEXPB2轉(zhuǎn)錄受H2S-PpSnRK1α途徑誘導(dǎo)。PpSnRK1α與PpLBD16互作增強(qiáng)了PpLBD16對這兩個(gè)靶基因的轉(zhuǎn)錄激活，從而促進(jìn)側(cè)根形成。表達(dá)模式分析進(jìn)一步顯示，PpSnRK1α、PpLBD16及其靶基因的轉(zhuǎn)錄在桃側(cè)根原基發(fā)育過程中顯著增加，它們位于桃側(cè)根原基中強(qiáng)烈表達(dá)，與桃側(cè)根原基發(fā)育密切相關(guān)。綜上所述，本研究不僅揭示了H2S-PpSnRK1α-PpLBD16信號(hào)模塊調(diào)控桃側(cè)根形成的分子機(jī)制，還為氣體信號(hào)分子H?S與能量信號(hào)激酶SnRK1之間的交互作用提供了理論依據(jù)。該成果可為桃根系構(gòu)型的精準(zhǔn)調(diào)控和桃園養(yǎng)分的高效利用提供創(chuàng)新性理論支撐。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院已畢業(yè)博士生吳雪蓮為論文第一作者，彭福田教授、肖元松副教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中國桃產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系土肥水崗位科學(xué)家項(xiàng)目以及山東省重大科技創(chuàng)新工程的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.70245

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波