H2S在BR调控的气孔关闭中的作用及其与H2O2的关系

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硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)和过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)均对植物的生长发育有着极为重要的作用,它们都是调节植物体内信号转导途径的重要成分,但是H2S在BR诱导的气孔运动过程中的作用及其与H2O2之间的关系尚不明确。本文以蚕豆(Vicia faba L.)、拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)野生型(Col-0)、H2S合成突变体(Atl-cdes、Atd-cdes)和H2O2合成突变体(AtrbohD、AtrbohF、AtrbohD/F)为实验材料,采用药理学试验、荧光显微技术以及分光光度检测法,研究了H2S在BR调节的气孔关闭中的效应及其与H2O2的关系。所得实验结果主要如下:用不同浓度的H2S供体NaHS处理蚕豆叶片的表皮条,观测到一定浓度的NaHS可以显著引起蚕豆气孔关闭,并且表现出明显的浓度依赖效应,其中表皮条经0.05mmol·L-1和0.1 mmol·L-1的NaHS溶液洗脱实验处理1.5 h后,其气孔开度还能恢复到正常水平。以上结果初步证明,外源H2S可以诱导蚕豆气孔关闭。L-/D-半胱氨酸脱巯基酶(L-/D-CDes)是植物生成H2S的主要来源,研究结果显示,HT(H2S的清除剂),AOA和NH2OH(L-/D-CDes的抑制剂)以及C3H3KO3+NH3(L-/D-CDes反应的产物)均能显著抑制BR诱导的蚕豆和拟南芥野生型(Col-0)气孔关闭、叶片H2S含量以及L-/D-CDes活性增加;此外,BR能诱导拟南芥野生型(Col-0)气孔的关闭,但对H2S合成突变体Atl-cdes、Atd-cdes气孔开度没有明显影响。上述结果证明,H2S参与了BR诱导的蚕豆和拟南芥气孔的关闭,并且H2S的产生依赖于L-/D-CDes。将蚕豆叶片表皮条用100、200、300、400、500μmol·L-1的H2O2在光下处理3 h,观测到≥100μmol·L-11 H2O2能显著诱导蚕豆气孔关闭,并且表现出明显的浓度依赖效应。这一结果表明,外源H2O2能调控蚕豆气孔关闭。SHAM(细胞壁过氧化物酶抑制剂)、ASA(H2O2清除剂)、CAT(H2O2清除酶)、DPI(H2O2生成酶NADPH氧化酶抑制剂)均能够显著抑制BR诱导的蚕豆气孔的关闭以及内源H2O2水平提高;BR诱导的拟南芥野生型(Col-0)气孔关闭也能被SHAM、ASA、CAT、DPI所抑制;此外,BR能够诱导野生型(Col-0)及单突变体AtrbohD(NOX基因功能损失)气孔关闭,然而,对单突变体AtrbohF和双突变体AtrbohD/F气孔没有显著的影响,上述结果表明,BR促进蚕豆和拟南芥气孔关闭的效应与H2O2有关,并且H2O2的产生依赖于NOX途径。SHAM、ASA、CAT、DPI能够明显抑制BR诱导的蚕豆和拟南芥野生型(Col-0)叶片H2S含量升高以及L-/D-CDes活性的增加,HT、AOA、NH2OH以及C3H3KO3+NH3对BR引起的蚕豆和拟南芥野生型(Col-0)保卫细胞H2O2的水平升高没有显著影响;另外,BR对AtrbohF和AtrbohD/F叶片中H2S的含量以及L-/D-CDes的活性没有明显影响;并且BR能够显著提高Atl-cdes和Atd-cdes保卫细胞中H2O2的水平。以上结果表明,H2S位于H2O2下游调控BR诱导的气孔关闭过程。综上所述,本文研究结果表明,H2S参与了BR调控的蚕豆以及拟南芥野生型(Col-0)气孔的关闭,并且在该过程中H2S是位于H2O2下游发挥作用的。此外,BR调控的气孔关闭中H2O2的产生依赖于NOX途径,H2S的产生依赖于L-/D-CDes。
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