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.     

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。     

Ca2+位于H2O2上游参与H2S诱导的拟南芥气孔关闭过程

以拟南芥为材料,利用药理学实验,结合分光光度法和激光共聚焦显微技术,研究了Ca2+在硫化氢(H2S)诱导拟南芥气孔关闭过程中的作用及其与过氧化氢(H2O2)的关系。结果表明： H2S诱导气孔关闭, Ca2+螯合剂EGTA和质膜Ca2+通道阻断剂硝苯地平(Nif)能不同程度抑制H2S诱导的气孔关闭,而内质网钙泵阻断剂毒胡萝卜素(Thaps)对H2S的作用无显著影响。由此推测, Ca2+参与调节H2S诱导的拟南芥气孔关闭过程,且胞质中Ca2+来源于胞外Ca2+的内流。另外, H2S诱导拟南芥叶片NADPH氧化酶基因AtRBOHD和AtRBOHF以及细胞壁过氧化物酶基因AtPRX34表达增强,促进叶片和保卫细胞中H2O2积累, EGTA对此起抑制作用,而外源CaCl2处理上调AtRBOHD、AtRBOHF和AtPRX34的表达。表明Ca2+可能位于H2O2上游参与H2S诱导的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（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。     

植物ABA-H2O2介导的气孔关闭

本文综述了脱落酸作为根源信号物质经由木质部被传递到叶片,经重新分配再与脱落酸受体结合,然后刺激气孔开放因子,调节烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶等关键酶活性产生过氧化氢,过氧化氢可使胞质碱化并刺激钙离子通道使钙离子内流,活化阴离子通道使阴离子外流,最终导致气孔关闭的一系列过程。该过程涉及到的因子包括：脱落酸受体、气孔开放因子、磷脂酰环己六醇、分裂原激活蛋白激酶、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶、Ca^（2＋）、pH、一氧化氮等。     

H2S可能作为H2O2的下游信号介导茉莉酸诱导的蚕豆气孔关闭

以蚕豆（Vicia faba）为材料,利用激光共聚焦显微技术和分光光度技术,结合药理学实验,探讨硫化氢（hydrogen sulphide,H2S）和过氧化氢（hydrogen peroxide,H2O2）在茉莉酸（jasmonic acid,JA）调控气孔运动信号转导中的作用。结果表明,H2S合成抑制剂氨氧基乙酸（aminooxy acetic acid,AOA）、羟胺（hydroxylamine,NH2OH）、丙酮酸钾（potasium py-ruvate,C3H3KO3）和氨水（ammonia,NH3）,H2O2清除剂抗坏血酸（ascorbic acid,AsA）,合成抑制剂水杨羟肟酸（salicylhydroxamic acid,SHAM）、二苯基碘（diphenylene iodonium,DPI）均可逆转JA诱导的气孔关闭效应。JA能够明显提高蚕豆叶片及保卫细胞中的H2O2水平、H2S含量和L-/D-半胱氨酸脱巯基酶活性;H2S合成抑制剂可抑制JA引起的叶片H2S含量的增加;而H2O2清除剂则可减弱JA对H2S含量变化和L-/D-半胱氨酸脱巯基酶活性的诱导效应。以上结果表明H2S和H2O2均参与了JA诱导的蚕豆气孔关闭,且H2S（主要由L-/D-半胱氨酸脱巯基酶合成）可能作为H2O2的下游组分参与调控这一信号转导过程。     

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。     

植物干旱胁迫下气孔关闭的信号转导

气孔关闭被认为是干旱胁迫的应答事件之一,根源ABA作为其原初信号之一,它向保卫细胞的运输受木质部汁液pH影响。而钙离子和阴离子通道则是ABA诱导气孔关闭的重要第二信使。     

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, 360μL·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。     

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。     

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。     

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。     

Ca2+在茉莉酸甲酯诱导拟南芥气孔关闭中的信号转导作用

以拟南芥叶片下表皮为材料 ,分别用表皮生物分析法和激光扫描共聚焦显微镜成像技术 ,研究茉莉酸甲酯 (JA Me)促进气孔关闭过程中胞质Ca2 浓度的变化及其与气孔关闭的关系。结果表明 ,10 - 7到 10 - 3mol L的JA Me处理能促进拟南芥叶片的气孔关闭 ,其中 ,10 - 5mol L是最适浓度。用 10 - 5mol L的JA Me处理5min ,胞质Ca2 浓度从静息态的 10 5nmol L增加到 332 0nmol L ;质膜Ca2 通道阻断剂LaCl3和Ca2 螯合剂EGTA均能明显地降低JA Me对气孔关闭的促进作用。由此推测 ,胞质Ca2 可能是JA Me促进气孔关闭的重要信号转导因子