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碱胁迫是一种严重的非生物胁迫,对植物的生长造成严重危害,对农作物产量造成不可忽视的影响。包括碱胁迫在内的多种非生物胁迫都会造成植物体内活性氧水平的升高,此时活性氧作为信号分子参与到多种植物生理过程中,帮助植物对多种胁迫环境产生整体的适应性。但当胁迫持续活性氧水平超过一定范围时,就会对细胞造成损伤。因此,清除多余的活性氧对于植物产生胁迫应答并适应环境起着重要作用。过氧化氢酶(Catalase, CAT)是一种重要的活性氧清除酶,能够将体内的过氧化氢降解成水和氧气。研究发现,CAT参与植物对多种非生物胁迫的响应过程,例如盐胁迫、干旱胁迫和光胁迫等,其酶活性也受到多种胁迫的诱导。但是对于CAT的酶活性是怎样被调控,如何参与胁迫应答的机制尚不清楚。为了寻找植物抵抗逆境的关键因子,本实验室的前期工作筛选得到了一个对高pH敏感的T-DNA插入突变体phd2(pH homeostasis defective2),该突变体在pH8.0以上的培养基上表现出生长矮小、黄化的表型,并且体内的过氧化氢水平显著高于野生型。通过图位克隆的方法,发现突变位于NCA (No Catalase Activity1)基因的第五个外显子,该基因编码一个含有RING型锌指结构的蛋白,突变体中该基因的第五个外显子发生移码突变而提前形成一个终止密码子。为了与前人的研究保持一致,我们将phd2突变体更名为nca1-3。除碱胁迫外,ncal-3对多种其他非生物胁迫也具有敏感表型,例如盐、低温、除草剂等均对ncal-3的生长造成严重影响。NCA1蛋白定位于细胞质中并在拟南芥的各种组织中广泛表达。通过亲和纯化串联的质谱检测,我们发现NCA1与CAT具有相互作用,但这种相互作用不受胁迫的诱导,并且双分子荧光互补实验证明这种相互作用发生在细胞质中。体内实验证明NCA1与CAT2能够相互作用,并且在240kDa大小的复合体中过氧化氢酶活性最高；体外实验证明NCA1通过C端与CAT2形成1：1的复合体,通过N端的RING型锌指结构激活CAT2,并且这种激活作用需要NCA1的锌指结构结合锌离子。通过两步串联的密度梯度离心法分离过氧化物酶体及细胞质,我们发现NCA1对于细胞质及过氧化物酶体中的CAT酶活性都具有激活作用。随后,我们发现NCA1对CAT2具有分子伴侣活性,能够维持CAT2有效的蛋白折叠状态。通过以上结果,我们证明了NCA1与CAT相互作用并且激活CAT。但这种激活作用不受碱胁迫的诱导,说明NCA1对于维持体内CAT基本的酶活性起到重要作用。NCA1通过分子伴侣活性维持CAT的正确折叠,使其在胁迫条件下体内活性氧水平升高时能够发挥最大酶活性,使细胞内的活性氧水平维持在相对稳定的状态,减小胁迫造成的损伤。