谷氧还蛋白（Glutaredoxin,GRX）家族是一种普遍存在的小型氧化还原酶,属于硫氧还蛋白（TRX）超家族。它可依赖谷胱甘肽（GSH）介导底物蛋白二硫键的可逆还原,从而调控细胞氧化还原状态,也可作为铁硫簇支架蛋白参与铁硫簇的合成与传递,在植物生长发育和逆境应答过程中发挥重要作用。星星草（Puccinellia tenuiflora）,又称小花碱茅,是一种多年生禾本科牧草,具有很强的耐盐碱能力,是研究植物应答逆境的理想模式植物。我们此前利用氧化还原蛋白质组学发现,在星星草应答氧化与盐碱胁迫应答过程中PutGRXS12具有重要作用。我们对GRX基因家族进行系统进化树和同源蛋白氨基酸序列比对分析发现,PutGRXS12属于I类GRX的GRXC5/S12亚家族,与水稻Os GRXS12同源关系最近。在PutGRXS12的氨基酸序列中,除叶绿体信号肽含有两个Cys以外,还具有两个保守的Cys位点,分别位于N端的“WCSYS”保守活性基序和C端的“GGC”保守结构域中。预测的PutGRXS12三维结构显示,这两个保守的Cys位点不形成分子内二硫键。我们利用定点突变的方法将Cys78和/或Cys136突变为丝氨酸（Ser）,使失去氧化还原能力。通过Western blot和质谱对SDS-PAGE分离的蛋白进行检测和鉴定,发现经原核表达的PutGRXS12-6His融合蛋白在自然条件下能够以单体（14k Da）、二聚体（28k Da）和多聚体等多种形式存在,而当其中一个保守Cys位点突变后,N43C78S或N43C136S单突蛋白只存在单体和二聚体两种形式,而N43C78SC136S双突蛋白难于溶解,这意味着PutGRXS12通过Cys78与Cys136之间的分子间二硫键形成多聚体。HED法酶活性检测以及氧化还原敏感性分析发现,PutGRXS12的Cys78和Cys136位点共同参与其底物蛋白的去谷胱甘肽化或二硫键还原。我们利用拟南芥原生质体和烟草瞬时表达系统发现,PutGRXS12定位于叶绿体中,Cys突变不影响其亚细胞定位。进而,我们分析了拟南芥野生型、突变体atgrxs12、PutGRXS12过表达植株（正常基因,以及C78S、C136S和C78SC136S点突基因）,以及PutGRXS12回补植株（正常基因,以及C78S、C136S和C78SC136S点突基因回补突变体atgrxs12）的表型,发现PutGRXS12参与植物的生长发育和逆境应答。过表达PutGRXS12促进莲座叶营养生长、植株抽薹、地上部分枝,提高籽粒产量。在氧化胁迫和盐胁迫条件下,过表达PutGRXS12幼苗根生长速率、种子萌发率均提高,但叶绿素积累下降。这意味着PutGRXS12增强了幼苗耐盐和耐氧化能力。NBT染色结果显示,过表达PutGRXS12植株叶片O₂^·-积累最少,回补植株O₂^·-积累也积累少于突变体。这表明,PutGRXS12可通过调节细胞氧化还原稳态调控拟南芥幼苗对盐碱与氧化胁迫的耐受性。我们利用Cys突变捕获靶蛋白技术,捕获星星草叶片中与PutGRXS12互作的靶蛋白,并利用Tims TOF高分辨质谱仪鉴定到107种蛋白质,并初步判断Cys78对PutGRXS12与靶蛋白的互作十分重要。这些靶蛋白主要参与氨基酸生物合成、辅因子代谢、碳代谢,以及光捕获、镉离子响应、温度刺激、蛋白质复合体聚集,以及缺水应答等过程。综上所述,叶绿体氧化还原敏感蛋白PutGRXS12可通过调节叶绿体靶蛋白的氧化还原状态,影响多种代谢途径,从而调控植物营养生长、抽薹、开花、地上部分枝、籽粒产量\种子萌发,以及盐碱逆境应答。这些结果为深入认识植物发育与逆境应答的氧化还原调控网络提供了重要信息,为开展分子设计育种奠定重要的理论基础。