借助O2k发现!细胞色素c氧化酶失活,揭开呼吸调控植物代谢的奥秘

光合生物虽依靠光合作用获取能量，但线粒体呼吸在昼夜代谢平衡中仍不可或缺，而细胞色素c氧化酶（复合物 IV）作为呼吸链核心组分，其突变通常致死，导致其在光合细胞中的具体生理功能长期难以解析。

本研究以小立碗藓为材料，构建cox11敲除突变体使细胞色素 c氧化酶完全失活，旨在揭示线粒体细胞色素呼吸途径对植物光合、呼吸及整体代谢的调控作用，明确其在植物碳–氮代谢协同中的核心功能。

10日龄苔藓样本；2 mL体系；22℃；转子速度750 rpm；饱和光照（500 μmol photons /m2 /s）

黑暗呼吸速率（O₂ 消耗速率）

Antimycin A和n-propylgallate对完整孢子体暗呼吸的影响。在WT中，添加Antimycin A对氧气消耗速率没有影响，但n-propylgallate则消除了这一影响（A）。在cox11中，单独使用n-propylgallate就足以阻止所有的氧气消耗（B）。说明n-propylgallate能有效抑制苔藓样本的线粒体功能。

净光合作用测量

完整孢子体的净光合作用测量及数值。蓝色图表（左轴）显示氧气浓度，而红色图表（右轴）显示氧气通量。cox11突变体的暗呼吸速率大约是WT的2倍；光合作用产生氧气的速率并无明显差异，说明突变体通过大幅增强AOX交替途径以维持呼吸。

小立碗藓cox11突变导致复合物IV完全失活，迫使呼吸完全依赖AOX，造成碳氮代谢紊乱、氨基酸合成不足，最终严重抑制生长，揭示线粒体细胞色素呼吸在植物碳氮协同中的核心非能量功能。

参考文献：Vera-Vives AM, Mellon M, Gurrieri L, Westhoff P, Segalla A, Tan SL, Bizzotto E, Campanaro S, Sparla F, Weber APM, Alboresi A, Morosinotto T. Cytochrome c oxidase inactivation in Physcomitrium patens reveals that respiration coordinates plant metabolism. Plant Cell. 2025 Jun 4;37(6):koaf101.