气体信号分子硫化氢在植物中的生理功能及作用机制

硫化氢（hydrogen sulfide,H2S）是继一氧化氮（nitric oxide,NO）和一氧化碳（carbon monoxide,CO）之后发现的第3种气体信号分子,它能参与生物体内的多种生理生化过程并发挥特定功能。在动物体内,H2S能够调节血管及神经系统功能。植物也能通过产生内源H2S来提高对环境的适应能力,缓解多种逆境胁迫造成的损伤和毒害,参与特定的生理代谢过程,诸如参与气孔运动和延缓衰老等。本文从H2S产生和代谢途径、已发现的生理功能和信号转导机制等方面综述H2S在植物中的最新研究进展,同时也探讨了H2S与其它信号分子的相互作用以及H2S对蛋白质的修饰机制。     

植物中硫化氢和一氧化氮信号的交互作用

植物在整个生长、发育和响应环境胁迫过程中,涉及多种信号分子如钙(Ca2+)、活性氧(ROS)、硫化氢(H2S)和一氧化氮(NO)等的交互作用。近年来,H2S和NO都被认为是植物中重要的第二信使,参与种子的萌发、植物的生长与发育和对环境胁迫的响应和适应,并且在这些生理过程中,存在H2S和NO信号的交互作用。基于H2S和NO信号的最新研究进展,对H2S和NO信号在植物中的合成和分解代谢,以及它们在植物细胞中的动态平衡进行了讨论,并对植物中H2S和NO信号的交互作用,即二者的化学反应、作用于共同的靶分子、调节彼此代谢酶和其他信号途径等方面进行了归纳和总结。     

内源性H2S --一种新的气体信号分子

20世纪90年代中期,发现半胱氨酸代谢生成气体分子硫化氢（H2S）,对神经系统特别是海马的功能具有调节作用,并可以调节消化道和血管平滑肌的张力,而其作用特点有别于另外两种气体信号分子NO及CO,但H2S的信号转导途径一直未能阐明,直到最近研究证实,内源性H2S直接作用于KATP通道实现对血管的调节作用;而且可以刺激神经细胞cAMP水平增加,提高NMDA受体介导的突触后兴奋性电位,提高诱导海马长时程增强。越来越多的证明表明,内源性H2S是一种新的气体信号分子,对其研究是当前生物学领域的崭新课题,具有重要的理论和临床意义。     

过氧化氢—植物体内的一种信号分子

本文概述了H2O2的产生机制,总结了H2O2介导植物生理生化变化及相关基因的表达,提出了H2O2是植物体内的一种信号分子。     

内源性硫化氢及其生物学效应

硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)是一种具有臭鸡蛋刺激性气味的无色有毒气体,目前被认为是继一氧化氮和一氧化碳之后的第三个气体信号分子,参与体内多种生理及病理过程,具有广泛的生物学效应。H2S已成为当前生物学及医学领域一项崭新的研究课题,受到越来越多科研人员和制药企业的重视。本文就H2S近年来的研究进展做一综述。     

H2S在植物抗逆中的作用研究进展

综述了H2S在植物体内的产生途径及其在植物抗逆中的作用。越来越多的证据表明在动物体内,H2S是人们发现的第3种气体信号分子,但对植物体内的H2S的研究较少。     

基于CRISPR/Cas9技术的大白菜内源硫化氢生成酶LCD基因突变体构建

硫化氢(hydrogen sulfide, H2S)是植物细胞内源信号分子,对植物的生长、发育和抗逆性具有重要的调节作用。L-半胱氨酸脱巯基酶(L-cysteine desulfydrase, LCD)是合成内源H2S的关键酶。大白菜(Brassica campestris)是我国北方主要的蔬菜。为研究H2S信号在大白菜中的生理作用,并为育种工作提供新材料,该研究采用CRISPR/Cas9基因编辑技术对白菜LCD基因进行了敲除。利用农杆菌(LBA4404)介导的遗传转化法将基因编辑载体pYAO-LCD成功转化大白菜"中白60",获得基因编辑的遗传转化植株4株。DNA测序表明,基因编辑后植株在靶标位点的碱基发生了相应的基因编辑。基因编辑植株中内源H2S含量有不同程度的降低。     

“废气不废”:气体信号分子硫化氢的研究进展

内源性气体信号分子的发现开辟了"废气不废"的新思路。硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)是继一氧化氮(nitric oxide,NO)和一氧化碳(carbon monoxide,CO)之后的气体信号分子家系新成员。近年来,人们对H2S的内源性生成、生物学效应及其机制,特别是其在心血管、神经、呼吸、内分泌等系统的疾病发生、发展过程中的病理生理学意义进行了广泛研究。本文综述了近年来H2S相关基础、临床以及药学研究方面的进展,包括H2S对细胞增殖和凋亡、炎症反应、血管新生及离子通道的调节作用,H2S在各种系统疾病发病中的调节作用,H2S供体及其在药学领域的研究进展。     

硫化氢信号与其它信号交互作用调控植物的耐旱性

硫化氢(H_2S)是继一氧化碳(CO)和一氧化氮(NO)后植物体内发现的第三种气体信号分子,参与种子萌发、植物生长发育及耐逆性的获得等生理过程。干旱是限制作物产量的最主要的环境胁迫因子。近年来,H_2S也已被证实参与植物耐旱性的形成。结合最新的研究进展,在讨论H_2S信号与其它信号分子如活性氧(ROS)、NO、CO、脱落酸(ABA)、乙烯(ETH)、micro RNAs等交互作用的基础上,从气孔运动、渗透调节物质、抗氧化系统、甲基乙二醛脱毒系统、热激蛋白等方面,综述了H_2S诱导植物耐旱性形成的可能机理,并提出了未来的研究方向。进一步拓展了H_2S信号的生理功能和植物耐旱性形成的机理,对深入研究H_2S与植物耐逆性包括耐旱性的关系,具有重要的指导意义。     

气体信号分子NO、CO和H_2S的生物学研究进展

一氧化氮(nitric oxide,NO)、一氧化碳(carbon monoxide,CO)和硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)这三种大气组分相继被发现具有重要的生物活性,参与多种病理生理过程。近年来,关于NO、CO的研究日趋成熟,而H2S作为新发现的气体信号分子在各个系统中的作用也日益受到重视。这三种信号分子的生物学特性具有很多异同点,且相互调控。本文将在合成代谢、生物学功能、分子靶标和信号机制等方面系统地介绍这三种分子在生命和医学领域的研究进展。     

番茄Sl_OASTL/LCD基因的克隆与表达及其对侧根生长的作用

硫化氢（H2S）是植物中最新发现的一种气体信号分子,高等植物中内源H2S主要由L-型半胱氨酸脱巯基酶（LCD）和D-型半胱氨酸脱巯基酶（DCD）两类蛋白产生。我们的前期研究结果表明外源H2S能够促进植物侧根发育。为了研究内源H2S的产生机制及H2S与一氧化氮（NO）在调控侧根发育中的作用,本实验以番茄幼苗为材料,克隆了编码H2S合成酶基因Sl_OASTL/LCD;研究抑制内源H2S对NO诱导侧根发育的影响;并研究了NO对Sl_OASTL/LCD表达的影响。结果显示：（1）番茄根中存在3个O-乙酰丝氨酸（硫醇）裂解酶基因（Sl_OASTL1、Sl_OASTL2、Sl_OASTL3）。比对和结构分析显示,Sl_OASTL1为编码H2S合成酶基因LCD,所以将Sl_OASTL1命名为Sl_OASTL/LCD;启动子区域分析显示,Sl_OASTL/LCD基因上游含有多个响应NO和植物激素信号的保守基序。（2）与对照相比,内源H2S合成酶抑制剂DL-炔丙基甘氨酸（PAG）和内源H2S清除剂亚牛磺酸（HT）处理均能抑制侧根生长。（3）外源NO供体硝普钠（SNP）显著诱导侧根生长。（4）PAG和HT处理均能够抑制NO对侧根生长的诱导作用。（5）RT-PCR分析显示,SNP处理能够显著诱导幼苗根中Sl_OASTL/LCD的表达。上述结果表明,NO可能通过调控Sl_OASTL/LCD的表达产生内源H2S诱导番茄幼苗侧根发育。     

H2S位于SOS上游参与盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭

以拟南芥野生型、SOS突变体印tsosl、Atsos2和Atsos3）、H2S合成相关酶L-／D-半胱氨酸脱巯基酶（L-／D-CDes）基因缺失突变体（Atl-cdes和Atd-cdes）和过表达株系（OEL—CDes和OED-CDes）为材料研究了H,s和SOS信号转导途径在盐胁迫诱导拟南芥气孔关闭中的作用及其相互关系。结果表明,盐胁迫能够引起拟南芥叶片H,S含量、L-／D-CDes活性及其基因表达量显著升高,诱导野生型拟南芥和OEL—CDes和OED．CDes叶片气孔关闭,但对Atl-cdes和Atd-cdes气孔开度无显著影响;而H2S清除剂次牛磺酸（hypotaurine,HT）可减弱盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭的作用,表明H2S参与盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭过程。外源H2S诱导野生型拟南芥气孔关闭,但对SOS突变体气孔开度无显著影响;同时盐胁迫下Atsosl、Atsos2和Atsos3亦表现出H2S含量及L-／D-CDes活性显著升高,且与野生型相比,盐胁迫对Atl-cdes和Atd-cdes叶片AtSOS基因表达量无显著影响。表明盐胁迫诱导气孔关闭过程中H2S位于SOS上游。     

H2S与Ca^2＋协同增强谷子对Cr^6＋胁迫的耐受

继一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之后,第三种气体信号分子硫化氢（H2S）对植物体生长发育和环境胁迫应答的调控正在受到越来越多的关注。钙离子（Ca2＋）是重要的第二信使,参与植物对多种胁迫的响应。该实验以谷子这种抗逆性较强的作物为材料,对其响应六价铬（Cr6＋）胁迫过程中H2S和Ca2＋45号的互作进行了研究。结果表明,Cr6＋胁迫显著激活谷子幼苗的H2s产生系统,外源H2S预处理能明显降低Cr6＋胁迫对谷子根尖细胞的损伤,而H2S的合成抑制剂羟胺（HA）预处理,使得Cr6＋对谷子的毒害增强;进一步实验发现,H2S能激活Ca2＋信号下游相关基因的表达,同时Ca＋能增强H2S的产生,表明在植物体内H2S和Ca＋信号存在复杂的联系。该研究也证明,H2S和ca2＋可以通过调节重金属离子转运蛋白增强谷子对Cr6＋的耐受。     

NaHS对NaHCO_3胁迫下黑籽南瓜种子萌发及生理特性的影响

以黑籽南瓜(Cucurbita ficifolia)种子为试材,研究了外施不同浓度的NaHS对NaHCO3胁迫下种子萌发及生理特性的影响。结果表明,NaHCO3胁迫显著抑制了黑籽南瓜种子的发芽率、胚轴长和胚根长,降低了种子萌发过程中的可溶性糖含量,抑制了α-淀粉酶、β-淀粉酶、SOD及POD活性。而外施不同浓度的NaHS显著促进了NaHCO3胁迫下黑籽南瓜萌发种子胚轴和胚根的生长,提高了可溶性糖含量及α-淀粉酶、β-淀粉酶、SOD和POD活性,降低了MDA含量;外施其它盐类(Na2S、Na2SO4、NaHSO4和NaHSO3)及不同pH值(pH5.8–7.8)的Na2HPO4-NaH2PO4缓冲液对NaHCO3胁迫下黑籽南瓜种子的萌发则无影响。外施NaHS可有效缓解NaHCO3胁迫对黑籽南瓜种子萌发的抑制作用,其缓解效应可能与其释放的H2S有关。     

侧脑室注射硫化氢对大鼠血压和呼吸的调节作用

目的 探讨中枢硫化氢（H2S）对正常大鼠平均动脉血压的调节及其机制.方法 将微量H2S饱和盐溶液一次性和连续注射入麻醉大鼠侧脑室（ICV）,观察注药后血压、心率和呼吸的变化.结果 ICV一次性注射不同剂量的H2S饱和盐溶液后可引起血压先急剧降低而后迅速升高,心率减慢,呼吸幅度增加和呼吸频率减慢,并存在显著的剂量和时间依赖关系.ICV连续注射H2S可显著升高血压,但对心率和呼吸没有影响.ICV注射一次性注射K＋-ATP通道开放剂Pinacidil可显著的降低血压,但心率和呼吸没有显著变化;ICV一次性注射K＋-ATP通道阻断剂glibenclamide对血压、心率和呼吸没有显著的影响;但预先ICV注射glibenclamide可阻断H2S的降低血压和减慢心率的作用,对呼吸没有影响.预先静脉注射酚妥拉明对血压没有明显的影响,却显著抑制ICV给予H2S产生的升高血压减慢心率效应.结论 本工作提示H2S是调节心血管活动的一个重要的中枢活性因子,其降低血压的效应是通过K＋-ATP通道和影响呼吸有关系,而升压效应是通过激活交感神经的活性.     

ABC转运体位于H2S上游参与盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭

本文以拟南芥野生型、ABC转运体缺失突变体（Atmrp4、Atmrp5和Atmrp4／5）为材料研究了硫化氢（hydrogensulfide,H2S）和ABC转运体在盐胁迫诱导拟南芥气孔关闭中的作用及其相互关系。结果表明,盐胁迫能够引起拟南芥叶片AtMRP4及AtMRP5表达量显著升高,诱导野生型拟南芥叶片气孔关闭,但对Atmrp4、Atmrp5及Atmrp4／5气孔开度无显著影响;而ABC转运体抑制剂格列本脲（glibenclamide,Gli）可减弱盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭的作用,表明ABC转运体参与盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭过程。盐胁迫能够引起野生型拟南芥H,s合成相关酶L-／D-半胱氨酸脱巯基酶（L-／D-CDes）活性及H2S含量显著升高,而ABc转运体抑制剂格列本脲处理后则没有这种变化,同时盐胁迫也不能引起Atmrp4、Atmrp5及Atmrp4／5的L-／19-CDes活性及H2S含量显著升高,表明ABC转运体位于H2s上游参与盐胁迫诱导气孔关闭过程。     

植物血红素加氧酶研究进展

本文综述了血红素加氧酶（HO）的催化机理、结构特征、遗传学突变体以及在光敏色素发色团合成、调控根形态发生和参与植物对非生物胁迫应答中的作用及信号转导。同时,介绍了紫外线和盐胁迫等逆境条件以及生长素和脱落酸等植物激素对HO基因表达调控等方面的研究进展。     

Streptomyces coelicolorA3（2）M145中丝／苏氨酸蛋白激酶基因prkC的功能初探

目的对Streptomyces coelicolorA3（2）M145中编码丝／苏氨酸蛋白激酶PrkC的基因SC03848进行功能初探。方法对PrkC蛋白序列进行生物信息学分析,在S．coelicolorA3（2）M145中敲除prkC基因,并进行互补、和过表达实验,对比突变菌株生长、次生代谢物产量、孢子萌发效率等。结果prkC基因在S．coelicolorA3（2）M145孢子萌发、生长、次生代谢等方面均起重要作用。结论prkC是一个多效调节基因,其具体生理功能和作用机制有待深入研究。