H2S巯基化修饰蛋白质调节谷子响应逆境胁迫

气体信号分子硫化氢（H2S）通过对蛋白质巯基化修饰参与动物体内许多重要的生理活动,但是在植物中该方面的报道甚少. 本论文证明,H2S信号提高蛋白质的巯基化水平参与谷子（foxtail millet）对低温、高温、盐、渗透和紫外胁迫的响应. 用5种方式4℃、42℃、NaCl、PEG和UV处理,引起谷子H2S产生速率和内源H2S含量的升高. 实时荧光定量PCR检测上述5种处理后谷子幼苗H2S产生酶基因Lcd1、Lcd2、Dcd1、Dcd2和Des的表达,Lcd1受盐、低温和渗透胁迫诱导;Lcd2受高温、低温和渗透胁迫诱导;Dcd1受盐诱导;Dcd2和Des受低温诱导;UV处理后5个酶基因表达均下降. Western 印迹检测表明,外源H2S熏蒸和5种胁迫处理引起谷子幼苗蛋白质巯基化水平升高. 上述结果证明,H2S信号通过提高蛋白质的巯基化水平参与谷子对低温、高温、盐、渗透和紫外胁迫的响应.     

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。     

泛素化修饰与植物免疫应答

植物暴露在细菌、病毒和真菌等病原微生物环境中,病虫害是限制农作物产量和品质的主要因素,而植物病虫害的防治依赖于对植物抗病机制的深入认识。近年来的研究表明,蛋白质泛素化广泛地参与植物防御调节。蛋白质泛素化是真核生物中重要的翻译后修饰方式之一,在植物中,泛素化修饰在多种信号传导途径中发挥作用,如激素、光、糖应答,发育调节和病原菌防御信号途径等。综述了蛋白质泛素化修饰在植物免疫应答中的调控作用。     

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。     

蛋白质巯基亚硝基化参与调控一氧化氮介导的心肌缺血预适应

一氧化氮（nitricoxide,NO）作为一种重要的信使分子参与缺血预适应（ischemic preconditioning,IPC）心肌保护。目前普遍认为NO通过经典的NO／cGMP依赖的信号转导途径调节线粒体ATP敏感性钾（ATP-sensitive potassium,KATP通道来发挥其保护作用,然而越来越多的数据表明NO还可能通过蛋白质巯基亚硝基化（S-nitrosylation）来发挥生理功能。蛋白质巯基亚硝基化,即蛋白质半胱氨酸巯基与NO基团形成共价键,是一种氧化还原依赖的蛋白质翻译后可逆修饰。蛋白质巯基亚硝基化不仅可以改变蛋白质的结构和功能,而且还可以阻抑目标半胱氨酸的进一步氧化修饰。IPC增加S-亚硝基硫醇（S-nitrosothi01）含量,引起蛋白质巯基亚硝基化。S-亚硝基硫醇还能发挥药理性预适应作用,抵抗心肌缺血,再灌注损伤。因此,蛋白质巯基亚硝基化是IPC心肌保护的一种重要途径,参与抵抗细胞内氧化应激和亚硝化应激（nitrosative stress）。     

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。     

植物中的气体信号分子硫化氢：无香而立，其臭如兰

硫化氢（H₂S）一直被认为是一种有毒气体,作为第三种气体信号分子,H₂S在生物体中的生理功能逐渐被揭示。植物中H2S信号研究在不到10年时间已取得了长足进步。植物体内H2S的生成酶比动物细胞丰富,定位于细胞质、线粒体和叶绿体等多个亚细胞部位,表达具有时空性。目前,植物领域H₂S的功能研究主要采用药理学方法。随着研究的深入,遗传学证据不断加强。内源H₂S的研究手段也在不断进步,从亚甲基蓝间接测定,发展到气/液相色谱、荧光探针、活体电极等直接检测手段。植物中H₂S的生理功能研究主要集中在对干旱、重金属等环境非生物胁迫的缓解作用及机理,也有一些植物生长发育调控方面的报道。目前了解到,H₂S可通过与植物激素、其它气体信号分子、活性氧等相互作用以及蛋白质巯基化修饰等方式发挥生理功能。虽然植物气体信号的研究有其特殊性,也遇到很多困难,但是H₂S信号的广泛而特殊的生理功能是一个具有重要科学意义和应用前景的研究领域。     

硫化氢介导的S-巯基化修饰及其化学检测技术

硫化氢(hydrogen sulfide, H₂S)是继一氧化氮和一氧化碳之后的第3种内源性气体信号分子,通过影响细胞信号通路调节机体各个系统,具有广泛的生理和病理作用。近年的研究发现,H₂S的作用主要通过对靶蛋白进行S-巯基化修饰,改变其结构,影响其活性、稳定性以及蛋白质之间互相作用,进而调控细胞内信号通路及相关生物学过程。本文基于国内外对S-巯基化修饰的研究,主要综述了：S-巯基化修饰的研究现状,详细总结了目前已揭示S-巯基化修饰及其具体半胱氨酸(cysteine, Cys)位点的研究,并进一步总结了S-巯基化修饰与S-亚硝基修饰之间的关系;S-巯基化修饰的反应类型,3种化学检测(马来酰亚胺法、改良生物素转换法和标记转换法)方法的检测原理和特点,通过S-巯基化修饰检测的条件和应用范围,将这3种方法进行对比,并对各方法在检测过程中应注意的事项进行了讨论。根据作者在S-巯基化修饰研究方面积累的经验,重点阐述马来酰亚胺法检测过程中,细胞和组织样品的制备及其较详细的实验步骤。此外,本文还讨论了当前S-巯基化修饰检测方法存在的不足及该领域未来亟待解...     

S-谷胱甘肽化修饰的研究进展

S-谷胱甘肽化(S-glutathionylation)是谷胱甘肽和靶蛋白半胱氨酸残基之间形成混合二硫化物的过程.由于其能调节靶蛋白功能,因此也属于蛋白质翻译后修饰.与其相对应,蛋白质的去谷胱甘肽化可由谷氧还蛋白(Grx)催化.因此,S-谷胱甘肽化修饰也被认为是一种防止蛋白质半胱氨酸巯基发生不可逆修饰的保护机制.由于该修饰还会改变含有巯基的氧化还原敏感型蛋白的结构与功能,因此也属于蛋白质功能调节的重要方式.哺乳动物细胞中S-谷胱甘肽化水平的改变与许多病理机制有关,但S-谷胱甘肽化在植物中的研究还处于起步阶段.本文综述了蛋白质的S-谷胱甘肽化的反应机制、检测方法、生理作用的相关研究进展,最后还提出今后研究中要解决的重要问题.     

泛素化修饰调控脱落酸介导的信号途径

泛素化修饰是一种重要的蛋白质翻译后修饰,通过调节蛋白的活性和稳定性等影响其功能的发挥,在真核生物的生命过程中具有非常重要的作用。泛素化修饰通过精细地调控植物激素脱落酸(abscisic acid, ABA)的合成和信号转导过程的关键因子,影响植物对ABA的响应,参与植物生长发育过程及对干旱、盐和冷胁迫等不良环境的应答。本文概述了植物中泛素化修饰的相关组分(包括泛素连接酶E3、泛素结合酶E2、26S蛋白酶体)和内膜运输相关蛋白,以及这些蛋白调控ABA合成和信号转导过程的最新研究进展,提出该研究领域需要解决的新问题,以期为相关领域的科研人员进一步了解翻译后修饰如何调控激素信号的转导途径提供参考。     

硫化氢在植物中的生理功能及作用机制

硫化氢(H₂S)是继一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)之后第3个气体信号分子, 在植物体内参与许多重要的生理活动, 能够促进植物光合作用和有机物的积累, 缓解各种生物和非生物胁迫并促进植物生长发育。该文综述了植物体内H₂S的物理化学性质、产生机制、主要生理功能和作用机制以及与其它信号分子的互作关系, 并展望了H₂S信号分子的研究前景。     

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。     

苜蓿体内H2S信号与Ca2+调节气孔运动的作用机制

为探究H₂S信号在苜蓿（Medicago sativa）体内调节气孔运动的作用,及在此过程中H₂S与Ca²⁺的关系,以蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）的野生型和钙离子转运体突变体为试验材料,分别从转录水平、细胞水平和生理水平开展研究。采用qRT-PCR比较相关基因的表达量变化、荧光探针显示体内Ca²⁺含量、电极法测定H₂S含量、光学显微镜观察和测量气孔孔径等。结果表明：蒺藜苜蓿突变体NF3011和NF2734体内H₂S的含量与野生型相比极显著降低（P<0.01）;H₂S信号在一定程度上抑制钙离子转运体编码基因MTR_6g027580的表达;外源生理浓度H₂S熏蒸可诱导蒺藜苜蓿气孔关闭,与Ca²⁺通道阻断剂LaCl₃联合处理对野生型气孔运动未产生影响,而在突变体中的结果截然相反;利用荧光探针测定保卫细胞内的Ca²⁺含量,所得结果与气孔孔径的变化规律完全一致。综上所述,H₂S信号促进叶片保卫细胞内Ca²⁺的含量增加,最终表现为植物气孔孔径变小,在此过程中胞内Ca²⁺含量变化主要通过Ca²⁺转运体进行,少部分依赖Ca²⁺离子通道。该研究结果不仅在理论上丰富了H₂S信号的作用机制,更具应用于苜蓿生产实践并推广于其他作物的潜力。     

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。     

Hydrogen sulphide: a novel physiological inhibitor of LDL atherogenic modification by HOCl

Hypochlorite (HOCl), the product of the activated myeloperoxidase/H₂O₂/chloride (MPO/H₂O₂/Cl^- ) system is favored as a trigger of LDL modifications, which may play a pivotal role in early atherogenesis. As HOCl has been shown to react with thiol-containing compounds like glutathione and N-acetylcysteine protecting LDL from HOCl modification, we have tested the ability of hydrogen sulfide (H₂S)—which has recently been identified as an endogenous vasorelaxant—to counteract the action of HOCl on LDL. The results show that H₂S could inhibit the atherogenic modification of LDL induced by HOCl, as measured by apolipoprotein alterations. Beside its HOCl scavenging potential, H₂S was found to inhibit MPO (one may speculate that this occurs via H₂S/heme interaction) and destroy H₂O₂. Thus, H₂S may interfere with the reactants and reaction products of the activated MPO/H₂O₂/Cl^-  system. Our data add to the evidence of an anti-atherosclerotic action of this gasotransmitter taking the role of HOCl in the atherogenic modification of LDL into account.     

运动干预下CSE/H2S调控TLR4/NF-κB信号通路对酒精性肝损伤的改善作用

胱硫醚-γ-裂解酶(cystathionine γ-lyase, CSE)是合成内源性H₂S的核心酶之一。CSE/H₂S体系可介导多种信号转导途径减轻机体炎性损伤。而有氧运动已被证实对机体免疫功能具促进作用,但是否通过CSE/H₂S体系介导炎性通路发挥效应,其机制有待深入研究。本研究旨在探讨有氧运动通过CSE/H₂S体系抑制TLR4/NF-κB信号通路对酒精性肝损伤的改善作用。选取3周龄健康雄性昆明(KM)种小鼠50只,随机分成酒精性脂肪肝病组(AFLD)[模型组(M)、有氧运动组(E)、有氧运动+NaHS组(EN)、有氧运动+PAG组(EP)]、空白组(K),每组10只。干预7周,解剖学观察发现,M组小鼠脂肪系数、脏器系数均高于K组(P<0.01)。ELISA酶联免疫结果显示,相比K组,M组谷草转氨酶、谷丙转氨酶水平增高,CSE活性下降,丙二醛含量上升,蛋白质羰基化程度上升及谷胱甘肽含量下降(P<0.01, P<0.05)。去蛋白质法检测发现,外周血H₂S含量升高(P<0.01)。HE染色显示,M组肝组织结构紊乱,呈现大量脂滴空泡样变,且胞核畸形位变。给予有氧运动干预及腹腔注射NaHS,可显著减轻肝质变及肝功能症状,提升血清H₂S含量和CSE活性(P<0.01)。而腹腔注射PAG可加剧酒精性肝损伤。免疫组织化学染色显示,相比M组,E、EN组TLR4、NF-κB、IL-1β阳性表达面积下降(P<0.01)。实时荧光定量PCR显示,相比M组,E组、EN组CSE、TLR4、NF-κB、IL-1β mRNA表达显著下降(P<0.01),EP组无显著差异(P>0.05)。Illumina高通量测序筛选肝组织炎症相关因子及关联分析显示,差异表达因子主要富集在NF-κB、TGF-β、TNF、TOLL样受体等信号通路,涉及肝组织细胞信号转导、凋亡抑制和免疫反应等,有氧运动及NaHS可降低炎症和免疫相关信号通路的富集。以上研究结果表明,有氧运动可促进小鼠肝组织中CSE/H₂S气体信号体系的表达,从而抑制TLR4/NF-κB通路促炎过程,拮抗小鼠酒精性肝损伤,且有氧运动结合外源性H₂S供体对TLR4/NF-κB的干预效果更佳。     

硫化氢通过抑制镉离子内流降低拟南芥体内的镉毒性

硫化氢（H₂S）作为一种新兴的气体信号分子,在植物体内主要由半胱氨酸脱巯基酶（CDes）降解半胱氨酸产生。已有报道表明,H₂S信号与植物激素共同作用增强植物的镉（Cd）耐受。然而,H₂S信号响应重金属Cd胁迫的作用机制尚缺乏系统研究。本文以拟南芥为实验材料,从不同水平探究H₂S分子对Cd胁迫诱导氧化应激的保护作用。结果表明,CDes基因表达量和H₂S的产率随CdCl₂浓度升高而逐渐增加。重金属Cd胁迫导致幼苗干重降低约33%、体内过氧化氢显著增加、丙二醛含量升高约110%、超氧化物歧化酶活性增加约100%、谷胱甘肽还原酶活性和过氧化氢酶活性分别下降27%和21%,还原性谷胱甘肽含量随之显著降低。生理浓度NaHS（H₂S供体）预处理显著缓解以上Cd胁迫产生的影响,使恢复到对照水平。同时,H₂S处理可显著下调质膜中Cd转运蛋白（HMA4和IRT1）的表达,同时上调液泡膜中MRP3和CAX2的表达。利用非损伤微测技术测定植物根系Cd²⁺的流动速度和流动方向。结果显示,生理浓度的H2S显著抑制Cd^{2 +}内流,最终表现为植物叶片和根中的Cd含量显著降低,分别下降了15%和38.4%。总之,在Cd胁迫条件下,H₂S信号可激活植物体内的抗氧化酶促和非酶促系统,以清除细胞内H₂O₂。H₂S对Cd²⁺转运和液泡区式化的调节,降低了体内Cd²⁺的浓度,减小Cd毒性对植物生长的影响。为理解农作物应对重金属胁迫的机制提供了新的思路。     

H2S作为下游信号参与SA对低温弱光下黄瓜幼苗光合作用的调控

水杨酸(SA)和硫化氢(H₂S)在调控非生物胁迫下植物生长发育和生理代谢中均起着非常重要的作用,但二者作为信号分子在调控低温弱光下黄瓜光合作用中的互作关系还不清楚。本试验以黄瓜幼苗为试材,分别用SA和硫氢化钠(NaHS,H₂S供体)及其清除剂或抑制剂喷撒叶面,以适宜温光下去离子水处理为对照(CK),研究低温(8 ℃/5 ℃,昼/夜)弱光(100 μmol·m^-2·s^-1)下SA和H₂S对黄瓜幼苗光合作用的调控及互作关系。结果表明: SA可明显增强L-/D-半胱氨酸脱巯基酶(LCD、DCD)活性及其mRNA表达,促进内源H₂S产生;NaHS对苯丙氨酸解氨酶和异分支酸合成酶活性、mRNA表达量及内源SA含量影响不大。SA和NaHS可使低温弱光下黄瓜幼苗的光合速率、气孔导度和蒸腾速率明显提高,胞间CO₂浓度显著降低;同时增强核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶、Rubisco活化酶、景天庚酮糖-1,7-二磷酸酯酶和果糖-1,6-二磷酸醛缩酶活性及其mRNA表达,促进光合碳同化;提高光下PSⅡ实际光化学效率和暗下PSⅡ最大光化学效率,从而减轻低温弱光胁迫对黄瓜幼苗的光合机构的损伤和生长量的影响。H₂S清除剂次牛磺酸(HT)可使SA对低温弱光下黄瓜幼苗的光合作用和生长促进效应明显减弱,而SA抑制剂多效唑和氨基茚磷酸对H₂S诱导的黄瓜幼苗光合机构对低温弱光的耐受性无显著影响,说明H₂S作为SA的下游信号,参与调控低温弱光下黄瓜幼苗的光合作用。     

H2S对干旱胁迫下高山离子芥的作用研究

以高山冰缘植物高山离子芥（Chorispora bungeana）试管苗为实验材料,研究了0.3 mol·L^-1甘露醇模拟干旱胁迫响应过程中硫化氢（H₂S）调节高山离子芥的膜系统损伤程度、渗透调节物质和抗氧化酶系的作用,以及磷脂酶D（PLD）、活性氧（ROS）与H₂S信号分子在高山离子芥中响应干旱胁迫中的作用和可能存在的信号关系。结果显示：干旱胁迫下,外施H₂S供体NaHS显著降低高山离子芥电解质渗漏率及MDA含量、抑制ROS产生,提高渗透调节物质和抗氧化水平,从而增强高山离子芥的抗旱能力;干旱可诱导PLD活性、H₂S含量、ROS发生显著变化;当分别外施PLD下游产物PA与ROS供体H₂O₂均可促进干旱胁迫下H₂S的释放,当同时外施PA和ROS抑制剂DPI时对干旱胁迫下H₂S含量没有显著影响,当同时外施PLD抑制剂正丁醇与ROS抑制剂DPI则显著抑制干旱胁迫下H₂S含量的产生,表明干旱胁迫下,高山离子芥中ROS位于PLD的下游、H₂S的上游发挥作用。