简介
抗坏血酸氧化酶（Ascorbate oxidase, AAO）主要定位于植物质外体空间，通过催化抗坏血酸（AA）氧化生成单脱氢抗坏血酸（MDHA），进而调控质外体氧化还原平衡与活性氧（ROS）清除，在植物生长发育、激素信号传导及胁迫响应中发挥关键作用。
图一 抗坏血酸氧化酶
结构特征
豆科的抗坏血酸氧化酶基因的外显子数量多为 5 个，内含子长度是类群分化的重要标志：Group II 基因的内含子显著长于 Group I。蛋白基序分析鉴定出 10 个保守基序，其中基序 8 为 Group II 的特异性标志（Group I 基因普遍缺失），且这些基序分别对应铜氧化酶结构域（Cu-oxidase、Cu-oxidase2、Cu-oxidase3），保障了 AAO 催化功能的稳定性。即使部分序列存在个别基序缺失，其整体氨基酸序列仍与其他成员高度同源，提示进化过程中功能结构的优先保留。
调控机制
对大豆抗坏血酸氧化酶基因启动子区域的顺式调控元件分析发现，19 种转录因子（TF）结合基序被鉴定，涵盖生长发育、胁迫响应、共生结瘤等多个生物学过程。其中，BBR/BPC 是分布最广泛的调控基序，参与生长发育调控；AP2/ERF、ARF、GATA 等基序介导干旱、盐胁迫响应；WRKY、bHLH、TCP 等则与生物胁迫防御及结瘤形成相关。不同 AAO 基因的调控基序组成存在差异：Gma-AAO2 含 11 种调控基序，参与多种生理过程；而 Gma-AAO4 仅含 3 种，功能相对专一，体现了基因表达调控的特异性。
这些调控基序的功能注释表明，AAO 基因通过整合多种转录调控信号，实现对复杂环境与发育信号的响应。例如，WRKY 基序的存在使 Gma-AAO4 能够响应大豆疫霉（Phytophthora sojae）与大豆花叶病毒（SMV）感染。
图二 抗坏血酸氧化酶结合的转录因子
功能多样性
胁迫响应中的功能分化
大豆的抗坏血酸氧化酶基因在生物与非生物胁迫下呈现显著的表达差异。在生物胁迫中，Gma-AAO2 在尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）感染 96 小时后显著上调，Gma-AAO3 在大豆花叶病毒感染早期表达激活，而 Gma-AAO4 在蚜虫（Aphis glycines）侵染后下调；在非生物胁迫中，Gma-AAO2 对脱水胁迫表现出持续上调响应，Gma-AAO3 在盐胁迫下叶片特异性上调，Gma-AAO6 则在高温胁迫下表达抑制。这种差异化表达模式表明，AAO 基因家族通过功能分化协同应对多种胁迫[1]。
共生结瘤与生长发育的调控作用
豆科植物特有的共生固氮过程中，Gma-AAO5 在与慢生根瘤菌（Bradyrhizobium diazoefficiens）共生的根瘤中显著上调，提示其可能通过调控氧浓度与 ROS 平衡，为固氮酶活性提供适宜环境。此外，AAO 基因的保守调控基序（如 MICK-MADS、WOX）与植物生长发育密切相关，而转基因实验已证实，AAO 过表达可促进烟草细胞伸长，沉默则导致甜瓜果实发育异常，进一步支持其在植物生长中的核心作用。
次生细胞壁合成中的应用
拟南芥的抗坏血酸氧化酶（AtAAO1）可直接参与茎秆木质素组成调控，通过过表达 AtAAO1，拟南芥茎秆木质素的紫丁香基（S）/ 愈创木基（G）单元比显著提升 15.6% ，且这一变化与漆酶（AtLAC4）过表达的效果类似（AtLAC4 过表达使 S/G 比提升 9.8%）。证明其对植物次生细胞壁关键成分（木质素）的结构直接修饰。
调控木质素的机制
抗坏血酸氧化酶调控木质素的机制具有双重性，且与 LAC 存在显著差异：除可能存在的弱漆酶活性外，更核心的是转录调控路径。AtAAO1 过表达株系中，3073 个基因发生显著差异表达（远多于 AtLAC4-OE 的 514 个、AncMCO-OE 的 476 个），其中细胞壁合成相关基因集群（Cluster E）被显著激活，包括：木聚糖合成基因和次生细胞壁转录因子[2]。
参考文献
[1]Glenzel H V ,Filgueiras C P J ,Zolet T C A , et al. Evolutionary and functional insights into ascorbate oxidase genes in the Fabaceae plant family [J]. Plant Gene, 2025, 44 100538-100538. DOI:10.1016/J.PLGENE.2025.100538.
[2]Ishida K ,Yamamoto S ,Makino T , et al. Expression of laccase and ascorbate oxidase affects lignin composition in Arabidopsis thaliana stems [J]. Journal of Plant Research, 2024, (prepublish): 1-11. DOI:10.1007/S10265-024-01585-6.