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硫化氢（H2S）是一种新型气体信号分子，积累的证据表明H2S能延缓果实成熟衰老，但其机制尚不清楚。H2S介导的蛋白巯基化修饰被认为是一种新型的蛋白翻译后修饰方式，它将目标蛋白中 Cys 的巯基（-SH）转变为过硫基（-SSH），从而导致蛋白活性或亚细胞定位等功能改变。番茄是研究果实成熟衰老的理想材料，番茄成熟过程通常受到一系列信号物质调控，但是H2S信号调控番茄果实成熟的精细作用机制鲜有报道。
近日，合肥工业大学食品与生物工程学院张华/姚改芳课题组在Plant Physiology在线发表了题为E3 ligase BRG3 persulfidation delays tomato ripening by reducing ubiquitination of the repressor WRKY71的研究论文。该研究揭示了H2S信号通过蛋白巯基化修饰E3泛素连接酶BRG3减弱其降解WRKY71的能力，增强WRKY71抑制CAS1调控番茄果实成熟进程的作用机制。
该研究通过对H2S处理的番茄果实转录组进行分析，发现一个编码WRKY家族成员WRKY71响应H2S信号且表达量显著上调，且WRKY71的表达模式与氰基丙氨酸合成酶（CAS1）呈显著负相关。利用瞬时表达系统和正反向遗传学手段证明WRKY71抑制番茄果实成熟而CAS1促进番茄果实成熟的生物学功能。
图1. WRKY71和CAS1超表达和缺失突变番茄果实表型图
双荧光素酶报告试验（DLR）、酵母单杂交（Y1H）、凝胶迁移实验（EMSA）和瞬时转化实验表明，WRKY71通过W-box作用元件结合CAS1启动子并抑制其转录。利用改良生物素开关法结合Western blot技术证明WRKY71发生巯基化修饰增强其与CAS1启动子的结合能力。荧光素酶互补分析和酵母双杂交实验（Y2H）数据显示，WRKY71与E3泛素蛋白连接酶BRG3互作并发生体外泛素化。进一步的实验表明，H2S信号通过巯基化修饰BRG3的Cys206和Cys212导致其泛素化活性降低。
综上所述，BRG3在Cys206和Cys212位点发生巯基化修饰，导致泛素化活性降低，减弱其与WRKY71的蛋白互作效应；WRKY71蛋白巯基化修饰增强其结合并抑制靶基因CAS1的转录，从而延缓番茄果实成熟进程的调控机制。研究结果为H2S介导番茄果实成熟的分子作用机制提供了新见解。
图2.H2S介导BRG3和WRKY71蛋白巯基化修饰调控番茄果实成熟进程模式图
合肥工业大学食品与生物工程学院博士研究生孙忱和青年教师姚改芳副教授为共同第一作者，姚改芳副教授和张华教授为论文的通讯作者。课题组胡康棣副教授、荃银高科种业股份有限公司张从合研究员、已毕业硕士研究生李立霞、李婷婷、赵玉琪也参与了相关工作。本研究得到了国家自然科学基金、安徽省科技重大项目与重点研发计划、安徽省自然科学基金以及中央高校基础研究基金的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiad070
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