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。     

干旱胁迫下H_2S信号增强植物叶片的光合作用

干旱胁迫是影响农作物产量最重要的环境因素之一。硫化氢(H_2S)作为第三种气体信号分子在植物体内具有多样且积极的生理功能。目前已了解,H_2S在响应植物干旱胁迫应答以及增强植物光合作用的过程中发挥重要作用,但关于内源性H_2S对干旱胁迫下植物光合作用的调节机制未见报道。该研究以拟南芥哥伦比亚野生型(wild type Col-0,WT)、H_2S产生酶编码基因DES缺失突变体des以及H_2S产生酶编码基因DES过表达突变体OE-DES为实验材料,研究内源性H_2S对干旱胁迫下拟南芥光合作用的调节机制。研究结果显示,植株在正常生长条件下,内源性H_2S促使叶片净光合速率、蒸腾速率、叶绿素含量显著升高;植株遭受干旱胁迫时,内源性H_2S可以显著上调Rubisco和Rubisco活化酶(Rubisco activase,RCA)的表达水平,保护叶绿体结构的完整性,促使叶片净光合速率显著上升,维持叶片相应的蒸腾速率,并且引起叶片气孔关闭和胞间CO_2浓度显著升高。     

H_2S信号和WRKY在ABA调节根生长和气孔运动中的关系

气体信号分子硫化氢(H_2S)和植物激素脱落酸(ABA)都可以调节植物的种子萌发、根生长、气孔运动、逆境响应等生理过程,但两者之间的关系了解非常有限。转录因子WRKY18、WRKY40和WRKY60参与拟南芥对ABA信号的响应。本文以拟南芥野生型(WT),lcd(L型半胱氨酸脱巯基酶编码基因缺失突变体),wrky18wrky40wrky60(WRKY18、WRKY40和WRKY60编码基因缺失三突变体)为实验材料,研究在幼苗根生长和气孔运动过程中,H_2S与ABA信号及WRKY之间的相互作用。实验结果表明:ABA处理可诱导WT的LCD基因表达量和内源H_2S含量升高;外源H_2S处理WT,WRKY40表达量下降,WRKY60表达量升高;lcd中WRKY18和WRKY40表达量升高,WRKY60表达量下降。幼苗根生长和气孔运动实验表明:与WT相比,lcd根生长和气孔运动受ABA影响作用较小;H_2S对wrky18wrky40wrky60根生长的促进作用明显,并促进wrky18wrky40wrky60和WT气孔关闭,但两者间无显著差异。     

植物中硫化氢的生理功能及其分子机理

在动物中已经发现,硫化氢(H2S)可能是继NO和CO之后的第三种气体信号分子,参与各种生理调节作用。植物中很早就发现有H2S释放的现象,但是其生理功能一直不明。最近的研究表明,低浓度H2S能参与调节植物的气孔运动和光合作用、缓解非生物胁迫的伤害以及促进植物的生长发育等。本文综述了近年来有关H2S的植物生理调节作用和分子机理的研究进展,并对H2S作为信号分子的可能性进行了展望。     

共聚焦显微技术研究ABA诱导蚕豆气孔保卫细胞H_2O_2的产生(简报)

逆境下,植物细胞内ABA含量急剧增加,同时植物也可通过一些酶代谢反应积累活性氧,如H_2O_2,O_2~-。ABA作为逆境信号对气孔运动的显著调节作用已被诸多实验所证实,但关于其对气孔运动调节的细节还知之甚少。H_2O_2作为氧化信号分子在植物抗病信号转导中已得到广泛研究,但H_2O_2是否介导保卫细胞的气孔运动还缺乏直接的证据。我们已初步发现H_2O_2可参与外源ABA诱     

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。     

植物一氧化氮信号分子的研究进展

一氧化氮(NO)作为一种重要的信号分子,不仅参与植物的种子休眠和萌发以及根的形态建成等生长发育过程,还参与调节植物细胞的气孔运动以及植物抗逆应答反应。该文结合最新研究成果,总结了植物NO信号调控机理的研究进展,主要包括NO合成途径、信号转导途径及其与其它信号分子之间的交叉反应和对植物抗逆的调控作用等。     

植物细胞一氧化氮信号转导研究进展

一氧化氮（nitric oxide,NO）作为重要的信号分子,调控植物的种子萌发、根形态建成和花器官发生等许多生长发育过程,并参与气孔运动的调节以及植物对多种非生物胁迫和病原体侵染的应答过程。已经知道,精氨酸依赖的NOS途径和亚硝酸盐依赖的NR途径是植物细胞NO产生的主要酶促合成途径。NO及其衍生物能够直接修饰底物蛋白的金属基团、半胱氨酸和酪氨酸残基,通过金属亚硝基化、巯基亚硝基化和Tyr．硝基化等化学修饰方式,调节靶蛋白的活性,并影响cGMP和Ca2＋信使系统等下游信号途径,调控相应的生理过程。最新的一些研究结果也显示,MAPK级联系统与NO信号转导途径之间存在复杂的交叉调控。此外,作为活跃的小分子信号,NO和活性氧相互依赖并相互影响,共同介导了植物的胁迫应答和激素响应过程。文章综述了植物NO信号转导研究领域中一些新的研究进展,对NO与活性氧信号途径间的交叉作用等也作了简要介绍。     

氢气在植物抗胁迫中的作用

近年来,一些研究发现氢气作为一种新的信号分子参与植物抗胁迫网络并具有重要作用。本文综述了近年来氢气参与植物胁迫应答的研究,总结氢气主要通过调节活性氧(ROS)来参与植物抵御胁迫的过程。在植物抗干旱过程中,氢气通过促进ROS的产生来调节气孔的闭合;而在植物抗盐渍、金属离子和农药损伤过程中,氢气通过去除ROS来修复氧化损伤;氢气还对植物抗病虫害相关基因的表达有调节作用。     

脱落酸调节植物抵御水分胁迫的机制研究

干旱、盐渍、低温等均可导致植物可利用水分的亏缺,表现为水分胁迫。植物感受到水分胁迫,诱导脱落酸（abscisic acid,ABA）生物合成。ABA可通过促使气孔关闭或抑制气孔开放,使作物尽可能地降低蒸腾失水,以抵御水分胁迫。该文就植物激素ABA及其下游信号过氧化氢（hydrogenperoxide,H2O2）、一氧化氮（nitric oxide,NO）以及Ca2＋等在植物气孔运动调节方面的研究进展进行概述,以构建水分胁迫下ABA调节植物气孔运动的可能模式。     

植物细胞一氧化氮信号转导研究进展

一氧化氮(nitric oxide, NO)作为重要的信号分子, 调控植物的种子萌发、根形态建成和花器官发生等许多生长发育过程, 并参与气孔运动的调节以及植物对多种非生物胁迫和病原体侵染的应答过程。已经知道, 精氨酸依赖的NOS途径和亚硝酸盐依赖的NR途径是植物细胞NO产生的主要酶促合成途径。NO及其衍生物能够直接修饰底物蛋白的金属基团、半胱氨酸和酪氨酸残基, 通过金属亚硝基化、巯基亚硝基化和Tyr-硝基化等化学修饰方式, 调节靶蛋白的活性, 并影响cGMP和Ca²⁺信使系统等下游信号途径, 调控相应的生理过程。最新的一些研究结果也显示, MAPK级联系统与NO信号转导途径之间存在复杂的交叉调控。此外, 作为活跃的小分子信号, NO和活性氧相互依赖并相互影响, 共同介导了植物的胁迫应答和激素响应过程。文章综述了植物NO信号转导研究领域中一些新的研究进展, 对NO与活性氧信号途径间的交叉作用等也作了简要介绍。     

植物中的H2O2信号及其功能

H2O2是植物细胞的信号分子,是细胞正常代谢的产物,生物和非生物胁迫促使植物细胞产生H2O2,通过H2O2信号应答胁迫.H2O2信号调控一系列重要的植物生理生化过程,如系统获得抗性(SAR)和高度敏感抗性(HR)、细胞衰老与程序化细胞死亡(PCD)、气孔关闭、根的向地性、根的生长和不定根形成、细胞壁的发育、柱头与花粉的发育及相互关系等.Ca2+流动和可逆蛋白磷酸化作用是H2O2下游信号,通过MAPK级联作用于转录因子,最终调控基因的表达.H2O2调控多种基因的表达,包括编码抗氧化酶基因、调控程序化细胞死亡相关蛋白基因、生物与非生物胁迫应答蛋白基因等.     

气孔运动中的活性氧信号

大量研究证明活性氧(ROS)在气孔运动中起信号分子的作用。保卫细胞中ROS的产生依赖于特定的酶, 其中NADPH氧化酶组分RBOH已得到深入研究, 并已证实其参与生物与非生物胁迫反应。植物激素包括脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、乙烯、生长素及细胞分裂素等, 它们均通过ROS的介导来调控气孔运动。生物胁迫(如毒性细菌和真菌)也会调控气孔运动。ROS参与这些调控过程。保卫细胞中存在多层次对ROS产生及其作用的调节, 抗氧化活性物质和ROS敏感蛋白(如蛋白激酶和磷酸酶)均可传递ROS信号并调节气孔运动。ROS对离子通道调节的证据也越来越多。保卫细胞由于可通过ROS整合复杂的信号途径, 已成为研究植物ROS信号转导过程的良好模式系统。     

植物质膜蛋白质组的逆境应答研究进展

质膜作为原生质体与外界环境的屏障, 除了维持正常的细胞内稳态和营养状况, 还参与感知和应答各种环境胁迫。近年来, 植物质膜蛋白质组学研究为深入分析植物应答不同生物和非生物胁迫的分子机制提供了重要信息, 已经报道了模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa)等10种植物质膜应对生物胁迫(白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)感染)与非生物胁迫(冷、盐、水淹、渗透、高pH值、Fe缺乏及过量、氮素、脱落酸、壳聚糖和壳寡糖)过程的蛋白质丰度模式变化。通过整合分析植物质膜响应逆境的蛋白质组学研究结果, 揭示了质膜在植物应答逆境胁迫过程中的重要作用。植物通过调节转运蛋白、通道蛋白及膜泡运输相关蛋白的丰度变化促进细胞内外的信号传递、物质交换与运输; 同时利用膜相关的G蛋白、Ca²⁺信号、磷酸肌醇信号途径及BR信号途径等多种信号通路, 通过蛋白质可逆磷酸化作用感知和传递胁迫信号, 调节植物抵御胁迫。研究结果为从蛋白质水平认识质膜逆境应答分子调控机制提供了新线索。     

气孔运动中的活性氧信号

大量研究证明活性氧(ROS)在气孔运动中起信号分子的作用。保卫细胞中ROS的产生依赖于特定的酶,其中NADPH氧化酶组分RBOH已得到深入研究,并已证实其参与生物与非生物胁迫反应。植物激素包括脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、乙烯、生长素及细胞分裂素等,它们均通过ROS的介导来调控气孔运动。生物胁迫(如毒性细菌和真菌)也会调控气孔运动。ROS参与这些调控过程。保卫细胞中存在多层次对ROS产生及其作用的调节,抗氧化活性物质和ROS敏感蛋白(如蛋白激酶和磷酸酶)均可传递ROS信号并调节气孔运动。ROS对离子通道调节的证据也越来越多。保卫细胞由于可通过ROS整合复杂的信号途径,已成为研究植物ROS信号转导过程的良好模式系统。     

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。     

干旱胁迫下拟南芥中H_2S与ABA信号关系研究

以野生型拟南芥(WT)、硫化氢(H_2S)合成酶缺失型突变体lcd、脱落酸(ABA)合成缺失型突变体aba1实生苗为材料,以0.3 mol·L^-1甘露醇模拟干旱胁迫,研究干旱胁迫对ABA含量、H_2S含量的影响,及其在拟南芥抵抗干旱胁迫中的作用及信号关系。结果显示:干旱胁迫显著提高LCD和ABA1基因相对表达以及H_2S含量,ABA含量;干旱胁迫显著抑制突变体lcd、aba1的种子萌发;干旱胁迫下,外施NaHS促进干旱胁迫下WT、lcd和aba1中內源H_2S的产生及上调LCD、ABA1基因相对表达,而外施ABA提高干旱胁迫下WT、aba1中H_2S含量及LCD、ABA1基因相对表达,但是对lcd中H_2S含量及LCD基因相对表达没有显著影响。研究结果表明,信号分子H_2S和ABA在拟南芥的干旱胁迫响应中发挥一定的作用,且H_2S位于ABA的下游参与调控拟南芥的信号过程。     

H_2S信号在植物抵御重金属胁迫过程中的作用

工业"三废"的无节制排放、污水灌溉以及农药化肥等的不合理使用导致土壤重金属含量急剧增加,耕地重金属污染日益严重。研究表明,气体信号分子硫化氢(hydrogen sulfide,H_2S)能够抑制重金属的吸收和转运,减少重金属离子在植物地上部分的积累,提高植物对重金属胁迫的抗性。该文综述了H_2S在植物抵御重金属胁迫过程中参与调控的生理过程及其作用的信号机制,为培育高产安全的作物品种提供一些新思路,也为最大程度地降低重金属污染对我国农业生产造成的损失提供科学依据。     

低空气湿度下气孔运动的调控

植物气孔应答气候环境因子的机制,一直是植物抗逆生理研究领域的热点课题。空气湿度是主要的气候环境因子之一,人们很早就发现降低空气湿度能导致气孔开度变小,但到目前为止,对调控这一生物学过程的机制还知之甚少。本文概述近年来在植物气孔应答低空气湿度信号的运动规律、水被动反馈假说、水主动反馈假说、水力调节与代谢调节的关系等方面的进展,并基于进化学的理论,提出了水力调节和代谢调节的反向消长模式,以期解释大量物种气孔对低空气湿度的不同应答反应。     

H2S作为植物个体间交流的气体信号分子

植物遭受到昆虫取食、创伤及非生物胁迫时,会向环境中释放多种挥发性物质,直接或间接地帮助受胁迫植株抵抗伤害。同时,这些挥发性物质向附近的健康植株传递信息,以应对可能到来的侵害。硫化氢(H2S)作为细胞内气体信号分子提高植物对多种胁迫的抗性已有报道,本论文对H2S是否作为植物个体间传递信息的信号分子进行了研究。结果表明:40%PEG8000处理可以使谷子、白菜、番茄和拟南芥Col-0植株所在环境空气中H2S含量升高;谷子和拟南芥Col-0植株经PEG8000处理后,可以使邻近的非胁迫植株叶片的H2S含量升高和H2S响应基因表达变化,并诱导非胁迫植株气孔关闭;而拟南芥内源H2S产生酶基因LCD和DES1双基因突变体lcd/des1经PEG8000处理,不能引起空气中和邻近植物的H2S含量升高,不能诱导邻近植株气孔关闭。本论文表明,H2S可以作为植物个体间的信息传递分子;即受胁迫植物通过向周围环境中释放H2S,向邻近植株提供胁迫预警信息,可能对种群的生存有重要意义。