近日，华南农业大学光合作用与植物逆境生物学研究中心、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验彭新湘/张智胜团队在国际知名学术期刊Plant Physiology上发表了题为“Mitogen-activated protein kinase 2 specifically regulates photorespiration in rice”的研究报道。该研究发现水稻MAPK2可能从蛋白磷酸化修饰以及基因表达水平对光呼吸关键酶进行调控继而调节光呼吸代谢，该研究为深入了解植物光呼吸代谢的调控机制提供了新认知。

光呼吸代谢是植物中仅次于光合作用的第二大代谢流，其在调节植物光合作用、氮素代谢及逆境响应等过程中均具有重要作用，但目前有关光呼吸调控的分子机制方面的研究仍远不够深入。近几年来一些研究发现植物MAPK信号途径参与了植物光合作用与产量形成调控过程，但MAPK途径是否直接参与光呼吸代谢调控目前还未见报道。本研究通过对光呼吸关键酶乙醇酸氧化酶GLO1基因的过表达水稻材料（NHisGLO1水稻）进行Pull-down分析发现GLO1与MAPK2存在互作，进一步的体内和体外互作实验也证实MAPK2与GLO1和HPR1等光呼吸关键酶存在互作。对水稻mapk2敲除突变体的光呼吸与光合速率测定以及代谢物分析表明在正常大田生长条件下mapk2突变体的光呼吸代谢显著下降但其光合代谢并无明显变化。后续的体外脱磷酸化实验证实磷酸化修饰可正向调控GLO1和HPR1等关键酶的酶活水平，同时体外磷酸化实验还表明MAPK2可能参与了GLO1的磷酸化修饰过程。此外，RNA-Seq以及Real-Time PCR分析也表明mapk2突变体中一些光呼吸关键基因的表达水平显著下调。综上，该工作发现水稻MAPK2可特异性调控植株光呼吸代谢，并且MAPK2可能对光呼吸代谢进行双线调控，即MAPK2即可调控光呼吸关键酶的磷酸化水平也可调控相关基因的表达水平，从而调节光呼吸代谢速率，其详细的分子生物学机制还有待后续研究。

图1. MAPK2特异调控水稻光呼吸代谢

华南农业大学生命科学学院博士研究生徐峥为该论文的第一作者，彭新湘研究员与张智胜副教授为该论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目和广东省基础与应用基础研究重大项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiad413