我院十字花科蔬菜团队在气体信号分子硫化氢（H₂S）功能研究领域取得系列进展。团队近期围绕“H₂S调控热胁迫响应”主线，在Horticulture Research、Plant Cell Physiology上连续发表三篇论文，从H₂S等含硫代谢物功能版图、H₂S调控番茄耐热的作用机制、S代谢响应夜间高温胁迫等三个层面，系统揭示了H₂S在蔬菜发育与逆境适应中的功能。
硫化氢（Hydrogen sulfide, H₂S）是一种可以内源性产生的气体信号分子。已有研究表明，H₂S信号广泛参与种子萌发、根系发育、花期调控、叶片衰老、气孔运动、光合作用等核心生长发育过程，同时可显著调控植物对干旱、盐、重金属、极端温度等多种非生物胁迫的耐受响应，在维持植物正常生长与逆境适应的调控网络中占据关键地位。然而，目前仍有一大部分H₂S信号的生理功能仅基于外源药理学实验被证明，因此，从遗传学角度探讨H₂S信号在不同作物中功能及作用机制的保守性与特异性仍十分有必要。
图1 SlLCD1-H₂S模块通过维持氧化还原稳态及气孔形态增强番茄耐热性
研究团队于Horticulture Research（中科院1区TOP，IF9.5）发表题为“H₂S generated by L-cysteine desulfhydrase (SlLCD1) enhances heat tolerance in tomato via antioxidant capacity and stomatal modulation”的研究论文，证实L-半胱氨酸脱硫酶SlLCD1（Solyc01g068160）是番茄热适应中内源H₂S产生的关键酶促途径。研究采用遗传学及外源药理学等多种方法证明，过表达SlLCD1或外源施加H₂S，增强番茄耐热性，敲除SlLCD1后，热诱导的H₂S产生受阻，突变体出现热敏感表型，而外源H₂S处理可恢复此表型。机制层面，SlLCD1-H₂S模块通过“双保险”赋予番茄耐热性：一方面维持活性氧（ROS）稳态，缓解氧化损伤；另一方面H₂S耦合H2O2信号调控气孔开度与密度，H₂S处理可同时回复sllcd1突变对热诱导的气孔关闭及气孔密度升高的影响，证实H2S信号在缓解氧化损伤、实现蒸腾降温、水分保持与光合效率之间优化平衡的重要功能。该研究将H₂S的耐热功能从“外源药理学现象”推进至“内源遗传学机制”，为耐热番茄育种提供了明确的可操作靶点。
浙江农林大学园艺学院方慧慧副教授及硕士研究生张小芳和徐云飞为论文的共同第一作者，臧运祥教授为论文的通讯作者，硕士研究生陈文佳、郑凯昕、赵伟伶、臧轶婕参与研究工作。本研究得到国家自然科学基金（32102367和32272742）的资助。
图2 硫的同化以及含硫代谢物在植物胁迫适应中的功能与相互作用
此外，团队在Plant Cell Physiology发表题为“Functions and interactions of important sulfur-containing metabolites in plant development and stress responses”的综述及题为“Transcriptomic profiling of the response to high night-time temperature stress in tomato leaves”的研究论文，系统梳理了H₂S、半胱氨酸、谷胱甘肽、硫代葡萄糖苷等含硫代谢物在植物发育与胁迫响应中的功能及相互作用，为理解H₂S在复杂硫代谢网络中的位置提供了全景式框架。同时刻画了番茄叶片对夜间高温的响应特征，并鉴定出S代谢及H₂S代谢网络相关差异表达基因，为解析夜间高温下H₂S信号与代谢途径的转录响应奠定了基础。
（十字花科蔬菜团队）
