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(Atsos1、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H2S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H2S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Atsos1、Atsos2和At-sos3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。     

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。     

H2S位于H2O2下游参与乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程

H2O2和H2S是植物体内重要的信号分子,二者均参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程。以拟南芥野生型及其突变体为材料研究了H2O2和H2S在乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程中的相互关系。结果表明,乙烯能够诱导野生型拟南芥叶片H2S含量及L-/D-半胱氨酸脱巯基酶(L-/D-CDes)活性显著增加,促进气孔关闭,但对H2O2合成突变体AtrbohD、AtrbohF、Atpao2和Atpao4植株叶片无显著作用;乙烯亦可引起H2S合成突变体Atl-cdes和Atd-cdes气孔保卫细胞H2O2水平的显著增加,但对其气孔运动没有显著作用。此外,H2O2清除剂和合成抑制剂均能抑制乙烯诱导的拟南芥叶片H2S含量和L-/D-CDes活性的增加及气孔开度的减小;而H2S清除剂和合成抑制剂虽能抑制乙烯诱导的气孔关闭,却不能改变乙烯对拟南芥叶片气孔保卫细胞H2O2的作用效应。由此表明H2S位于H2O2下游介导乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程。     

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（hydrogen sulfide,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H₂S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-/D-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。     

eATP位于H2S下游参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型、H₂S合成突变体(Atl-cdes和Atd-cdes)和ABC转运体突变体(Atmrp4、Atmrp5 和Atmrp4/5)为材料, 探讨乙烯诱导气孔关闭过程中eATP与H₂S之间的关系。结果显示, ABC转运体阻断剂格列本脲(Gli)、P2受体抑制剂磷酸吡哆醛-6-偶氮苯基-2',4'-二硫酸(PPADS)和三磷酸腺苷双磷酸酶(Apyrase)可抑制乙烯诱导的气孔关闭乙烯可提高拟南芥幼苗叶片eATP含量及AtMRP4和AtMRP5相对表达量, 但对Atmrp4、Atmrp5和Atmrp4/5突变体幼苗叶片eATP含量和气孔运动没有显著作用。实验结果表明, eATP是乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程的重要信号分子, AtMRP4和AtMRP5参与胞内ATP的分泌H₂S清除剂次牛磺酸(HT)能阻遏乙烯诱导的拟南芥幼苗叶片eATP含量的升高乙烯对Atl-cdes、Atd-cdes幼苗叶片eATP含量及AtMRP4和AtMRP5相对表达量无显著影响。据此推测eATP位于H₂S下游参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程。     

H2O2介导的H2S产生参与干旱诱导的拟南芥气孔关闭

以野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana)及其突变体(atrbohD、atrbohF、atrbohD/F、atl-cdes、atd-cdes)和过表达株系(OEL-CDes、OED-CDes)为材料,利用药理学实验,结合分光光度法和激光共聚焦显微技术,探讨硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)在干旱诱导的拟南芥气孔关闭中的作用及其与过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)的关系.结果表明,H2S清除剂次牛磺酸(hypotaurine,HT)及合成抑制剂氨氧基乙酸(aminooxy acetic acid,AOA)、羟胺(hydroxylamine,NH2OH)和丙酮酸钾(potasium pyruvate,C3H3KO3)+氨水(ammonia,NH3)均可不同程度抑制干旱诱导的气孔关闭;干旱对OEL-CDes和OED-CDes植株气孔关闭的诱导作用明显,而atl-cdes和atd-cdes叶片气孔对干旱胁迫反应的敏感性下降;干旱胁迫能明显增加拟南芥保卫细胞中H2O2水平及叶片中H2S含量,提高D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性及基因表达量,而对突变体atrbohD、atrbohF和atrbohD/F没有显著影响.清除H2O2可减弱干旱胁迫对H2S含量和D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性的诱导效应.研究结果表明H2S位于H2O2下游参与干旱诱导拟南芥气孔关闭的信号转导过程.     

ECS1参与调节CO2诱导的拟南芥气孔关闭和H2O2积累

CO2浓度升高可以诱导植物叶片气孔关闭,提高植物对高浓度CO2的适应性.但植物如何感知CO2浓度变化并启动气孔关闭反应的分子机制至今仍不十分清楚.利用高通量、非侵入的远红外成像技术,建立了拟南芥(Arabidopsis thaliana)气孔对CO2浓度变化反应相关的突变体筛选技术,筛选出对环境CO2浓度敏感的拟南芥突变体ecs1.遗传学分析表明,ecs1 为单基因隐性突变体,突变基因ECS1编码一个跨膜钙离子转运蛋白.与野生型拟南芥相比,360 μL·L-1CO2可引起ecs1突变体叶片温度上升和气孔关闭,ecs1突变体对900 μL·L-1CO2长时间处理具有较强的适应性.进一步的实验表明,360 μL·L-1CO2即可诱导ecs1突变体叶片积累较高浓度的H2O2,而900 μL·L-1CO2才能够诱导野生型拟南芥叶片积累H2O2.因此,ECS1可能参与调节高浓度CO2诱导的拟南芥气孔关闭和H2O2产生,H2O2可能作为第二信号分子介导CO2诱导拟南芥气孔关闭的反应.     

H_2O_2介导H_2S诱导的拟南芥气孔关闭

以拟南芥（Arabidopsis thaliana）为材料,研究了过氧化氢（H2O2）在硫化氢（H2S）调控气孔运动信号转导中的作用。结果表明,光下H2S的供体硫氢化钠（NaHS）能够诱导拟南芥气孔关闭;且能够显著提高叶片和保卫细胞胞质H2O2含量;H2O2的清除剂AsA和H2O2合成酶的抑制剂可不同程度地抑制NaHS诱导的拟南芥气孔关闭及叶片和保卫细胞胞质H2O2水平的升高;NaHS对AtrbohD、AtrbohF、Atpao2和Atpao4突变体气孔关闭、叶片和保卫细胞胞质H2O2水平升高的诱导作用要明显的小于野生型,但对AtPAO2和AtPAO4过表达株系叶片和保卫细胞H2O2水平的升高较野生型显著。据此推测,来源于NADPH氧化酶、细胞壁过氧化物酶和多胺氧化酶途径的H2O2参与H2S诱导的拟南芥气孔关闭。     

UV-B对拟南芥叶片不同来源H2O2的活化和气孔关闭的诱导

在UV-B调控植物许多生理过程中过氧化氢(H2O2)作为第二信使发挥着重要作用,但H2O2来源途径并不清楚。该研究借助气孔开度分析和激光扫描共聚焦显微镜技术,探讨H2O2在介导不同剂量UV-B诱导拟南芥叶片气孔关闭过程中的酶学来源途径。结果发现:0.5W.m-2 UV-B能诱导野生型拟南芥叶片保卫细胞的H2O2产生和气孔关闭,且该效应能被NADPH氧化酶抑制剂二苯基碘(DPI)抑制,而不能被细胞壁过氧化物酶抑制剂水杨基氧肟酸(SHAM)抑制,同时该剂量UV-B也不能诱导NADPH氧化酶功能缺失单突变体AtrbohD和AtrbohF以及双突变体AtrbohD/F保卫细胞的H2O2产生和气孔关闭;相反,0.65 W.m-2 UV-B既能诱导野生型也能诱导NADPH氧化酶突变体保卫细胞的H2O2产生和气孔关闭,且该效应能被SHAM抑制,却不能被DPI抑制。结果表明,不同剂量UV-B通过活化不同生成途径的H2O2来诱导拟南芥叶片气孔关闭,即低剂量UV-B主要诱导NADPH氧化酶AtrbohD和AtrbohF途径来源的H2O2生成,而高剂量UV-B主要活化细胞壁过氧化酶途径来源的H2O2。     

H2O2介导的H2S产生参与干旱诱导的拟南芥气孔关闭

以野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana)及其突变体(atrbohD、atrbohF、atrbohD/F、atl-cdes、atd-cdes)和过表达株系(OEL-CDes、OED-CDes)为材料, 利用药理学实验, 结合分光光度法和激光共聚焦显微技术, 探讨硫化氢(hydrogen sulfide, H₂S)在干旱诱导的拟南芥气孔关闭中的作用及其与过氧化氢(hydrogen peroxide, H₂O₂)的关系。结果表明, H₂S清除剂次牛磺酸(hypotaurine, HT)及合成抑制剂氨氧基乙酸(aminooxy acetic acid, AOA)、羟胺(hydroxylamine, NH₂OH)和丙酮酸钾(potasium pyruvate, C₃H₃KO₃)+氨水(ammonia, NH₃)均可不同程度抑制干旱诱导的气孔关闭; 干旱对OEL-CDes和OED-CDes植株气孔关闭的诱导作用明显, 而atl-cdes和atd-cdes叶片气孔对干旱胁迫反应的敏感性下降; 干旱胁迫能明显增加拟南芥保卫细胞中H₂O₂水平及叶片中H₂S含量, 提高D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性及基因表达量, 而对突变体atrbohD、atrbohF和atrbohD/F没有显著影响。清除H₂O₂可减弱干旱胁迫对H₂S含量和D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性的诱导效应。研究 结果表明H₂S位于H₂O₂下游参与干旱诱导拟南芥气孔关闭的信号转导过程。     

Conservation of the salt overly sensitive pathway in rice

The salt tolerance of rice (Oryza sativa) correlates with the ability to exclude Na+ from the shoot and to maintain a low cellular Na+/K+ ratio. We have identified a rice plasma membrane Na+/H+ exchanger that, on the basis of genetic and biochemical criteria, is the functional homolog of the Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) salt overly sensitive 1 (SOS1) protein. The rice transporter, denoted by OsSOS1, demonstrated a capacity for Na+/H+ exchange in plasma membrane vesicles of yeast (Saccharomyces cerevisiae) cells and reduced their net cellular Na+ content. The Arabidopsis protein kinase complex SOS2/SOS3, which positively controls the activity of AtSOS1, phosphorylated OsSOS1 and stimulated its activity in vivo and in vitro. Moreover, OsSOS1 suppressed the salt sensitivity of a sos1-1 mutant of Arabidopsis. These results represent the first molecular and biochemical characterization of a Na+ efflux protein from monocots. Putative rice homologs of the Arabidopsis protein kinase SOS2 and its Ca2+-dependent activator SOS3 were identified also. OsCIPK24 and OsCBL4 acted coordinately to activate OsSOS1 in yeast cells and they could be exchanged with their Arabidopsis counterpart to form heterologous protein kinase modules that activated both OsSOS1 and AtSOS1 and suppressed the salt sensitivity of sos2 and sos3 mutants of Arabidopsis. These results demonstrate that the SOS salt tolerance pathway operates in cereals and evidences a high degree of structural conservation among the SOS proteins from dicots and monocots.     

超表达AVP1基因提高转基因百脉根的耐盐性和抗旱性

本研究以超表达拟南芥液泡膜H＋-焦磷酸酶编码基因AVPI的转基因百脉根为材料,对其耐盐性和抗旱性进行了检测。结果显示：在200mmol·L^-1 NaCl下处理或自然干旱7d后,转基因植株的生长虽然受到抑制,但受抑程度明显低于野生型植株,前者叶片相对含水量比后者分别高18％和14％,净光合速率分别高20％和21％,而MDA含量则分别低35％和27％,相对质膜透性分别低28％和27％。此外,随着盐和干旱胁迫的加剧,与野生型植株相比,转基因植株体内积累了更多Na＋、K＋和Ca2＋。以上结果表明,AVPI基因的超表达可能提高了百脉根细胞Na＋区域化能力,既减轻了过量Na＋对细胞质的毒害作用,也提高了植株的渗透调节能力,从而增强了百脉根的耐盐性和抗旱性。     

拟南芥CEO1基因在氯化镉诱导的氧化胁迫中的作用

以拟南芥ceo1、突变体为材料,研究CEO1（clone eight-one）在镉胁迫条件下作用的结果表明,与野生型植株相比,150μmol·L^-1的CdCl2处理10d后,拟南芥ceo1突变体表现为植株生长矮小,叶片卷曲发黄,根系短小。镉处理后,拟南芥突变体幼苗叶中H2O2的积累较多;镉处理1h后的突变体中抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性明显上升,至2h时又开始下降,而镉处理2h后,野生型APX活性才开始增加。镉处理2h后的野生型的谷胱甘肽还原酶（GR）显著增加,而突变体无明显变化。两种类型拟南芥的超氧化物歧化酶（SOD）与过氧化氢酶（CAT）的活性没有明显差异。