2023年7月10日，昆明理工大学以 赵星为第一作者、李昆志为通信作者在 Journal of Hazardous Materials（IF:13.6）发表题为“14-3-3 proteins regulate the HCHO stress response by interacting with AtMDH1 and AtGS1 in tobacco and Arabidopsis” 的文章，揭示了一个由14-3-3蛋白介导的甲醛胁迫响应机制。
作者首先对甲醛处理的拟南芥和烟草进行了RT-qPCR和甲醛吸收分析，将Nt14-3-3C和At14-3-3PSI亚型作为影响烟草和拟南芥吸收甲醛的候选调节因子。为了进一步研究14-3-3蛋白在烟草和拟南芥应答HCHO胁迫中的作用，对野生型和14-3-3蛋白表达量改变的转基因植物的液体HCHO去除和吸收效率以及抗性进行了分析。结果表明，与野生型植株相比，过表达 Nt14-3-3C/At14-3-3PSI的植物在HCHO胁迫下耐受性更强，敲低/敲除Nt14-3-3C/At14-3-3PSI基因降低了植物HCHO耐受性。为了检测14-3-3表达改变对植物代谢H13 CHO的影响 ，使用13 C-NMR 分析了野生型植株和14-3-3表达改变植株的H 13 CHO代谢谱 ，在转基因烟草中过量表达Nt14-3-3C显著增加转基因叶片甲醛代谢过程中的Gln和减少Mal的产生，用RNAi敲低Nt14-3-3C表达则减少Gln和增加Mal的产生，说明Nt14-3-3C参与烟草叶片中的甲醛代谢调控。数据证实，14-3-3过表达增加了烟叶和拟南芥中HCHO的代谢，从而提高了HCHO的吸收效率（图1）。
图114-3-3正调控烟草对甲醛胁迫的耐受性
过量表达AtMDH1或AtGS1基因增强了烟草和拟南芥对HCHO的吸收能力和抗性，敲除AtMDH1或AtGS1基因都减弱了拟南芥对甲醛的吸收能力和耐受性。然而，在At14-3-3psi突变体中过表达AtGS1和AtMDH1基因，能恢复拟南芥对甲醛的吸收能力和抗性。甲醛胁迫突变体Atgs1和Atmdh1后的13 C-NMR 结果显示，代谢物Glu和Asp迅速上升，说明AtGS1和AtMDH1确实是甲醛代谢中的关键酶，表明AtGS1和AtMDH1酶是拟南芥代谢HCHO不可或缺的（图2）。
图2 AtGS1和AtMDH1在拟南芥应对甲醛胁迫中的重要作用
蛋白相互作用实验结果表明，14-3-3蛋白可以在体内和体外分别与AtMDH1和AtGS1发生相互作用，At14-3-3PSI分别能够与AtMDH1N 和AtGS1C 结合，并抑制AtMDH1和增强AtGS1基因的表达。14-3-3与AtMDH1和AtGS1相互作用正向调节拟南芥和烟草对HCHO胁迫的耐受性，并且AtMDH1和AtGS1也是拟南芥代谢HCHO所必需的。因此，本研究推测14-3-3与AtMDH1和AtGS1相互作用可能受到HCHO的影响。为了证明这一点，通过荧光素酶互补成像（LCA）测定和免疫共沉淀（Co-IP）测定研究了HCHO对它们之间相互作用的影响，数据表明HCHO处理可以增强At14-3-3PSI与AtGS1的相互作用，并削弱At14-3-3PSI与AtMDH1的相互作用。这些结果揭示了14-3-3 与AtMDH1和AtGS1互作在HCHO胁迫中的重要作用（图3）。
图3甲醛胁迫增强/抑制14-3-3和AtMDH1/AtGS1之间的相互作用
研究揭示了14-3-3蛋白通过与AtMDH1/AtGS1相互作用以增强植物对甲醛的耐受性，加深了对植物如何响应甲醛胁迫的理解（图4）。对提高植物的甲醛胁迫应答能力和代谢能力，开发甲醛污染的植物修复技术提供理论依据。
图4用H13 CHO处理的转基因拟南芥叶片中HCHO代谢途径图
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