硫化氢参与一氧化氮诱导的增强玉米根尖细胞水涝耐受性的研究

发布时间：2017-12-12 13:34

  本文关键词：硫化氢参与一氧化氮诱导的增强玉米根尖细胞水涝耐受性的研究

  更多相关文章： 玉米 水涝低氧胁迫 NO H_2S 低氧耐受性

【摘要】：水涝灾害已经成为威胁农业生产的普遍自然灾害之一,增强水涝敏感型农作物的水涝低氧耐受性已成为提升农作物产量的重要途径之一。NO和H_2S作为重要的气体信号分子,已经有很多关于它们参与植物非生物和生物胁迫应答方面的报道,但有关参与应答水涝低氧胁迫方面的研究都处于起步阶段,尤其是H_2S参与植物应答水涝低氧胁迫更是罕有报道。本研究以玉米幼苗为实验材料开展研究工作,通过使用组织化学染色、荧光探针定量分析、酶活性检测和Q-PCR等技术,研究了NO和H_2S参与提升玉米幼苗水涝低氧耐受性的途径和策略,研究结果如下:1、0.2 mM SNP(sodium nitroprusside;NO供体)预处理可以显著减轻在水涝低氧处理条件下根尖细胞的死亡;通过NO荧光探针DAF-FM DA活体观测、组织化学染色和相关生理指标检测发现,低氧造成细胞内源NO的积累,外源NO的预处理会促进内源NO积累量的提升,NO的提升可以激活细胞内氧化防御系统以减轻根尖细胞因低氧而产生的过量活性氧ROS(Reactive oxygen species)对细胞造成的过氧化损伤,并同时促进细胞内Ca~(2+)的提升和乙醇发酵关键酶ADH(alcohol dehydrogenase)的酶活性,最终提升根尖的成活率,外源NO抑制剂carboxy-PTIO(c PTIO)的预处理得到与之相反的生理效应。2、0.1 mM H_2S预处理(NaHS作供体)可以显著减轻低氧造成的根尖细胞死亡,H_2S荧光探针WSP-1分析发现:与NO应答水涝低氧胁迫途径类似,低氧促进细胞内源H_2S的积累,而外源H_2S的预处理促进内源H_2S积累的增加,增加的H_2S同样可以激活细胞内氧化防御系统以减轻根尖细胞因低氧而产生的过量活性氧ROS对细胞造成的过氧化损伤;H_2S合成抑制剂HA(hydroxylamine)和清除剂HT(hypotaurine)的预处理产生与H_2S预处理相反的生理效应。3、0.2 mM NO(SNP作供体)预处理能够增强低氧条件下H_2S合成代谢相关酶L/D-CDs(L/D-cysteine desulfhydrases)、O-acetyl-L-serine(thiol)lyase(OAS-TL)和β-Cyanoalanine(CAS)的活性,从而引起细胞内H_2S含量的增加;虽然H_2S预处理不能增加低氧条件下细胞内源NO的含量,但H_2S的抑制剂或清除剂的预处理可显著降低NO诱导的水涝低氧耐受性,因此,H_2S可能作为NO的下游信号分子参与植物细胞应答水涝低氧胁迫。4、通过外源施加50 mM CaCl_2、5 mM LaCl_3(Ca~(2+)通道抑制剂)和0.3 mM EGTA(Ca~(2+)螯合剂)并利用荧光探针Fluo-8 AM分析细胞内源Ca~(2+)含量和检测相关生理指标发现:在低氧条件下H_2S刺激细胞内源Ca~(2+)含量增加,进而提升无氧发酵关键酶ADH和丙酮酸脱羧酶(PDC)的酶活性,同时抑制乙烯的产生,启动静止生长策略,从而提升水涝耐受性。5、0.2 mM SNP与0.1 mM NaHS分别预处理玉米幼苗,在低氧处理条件下,通过q RT-PCR检测发现:NO和H_2S不同程度的促进胁迫应答基因rp3(rust resistance protein)、HRFP(Hypoxia responsive family protein),转录表达调控基因DBP(DNA-bing protein)、TA(transcroption activator),能量代谢调控基因ADH(ethanol dehydrogenase)、PK(Pyruvate kinase),氧化还原调控基因GS(glutamate synthase)、CYP51(cytochrome P450 14α-sterol demethylase),氨基酸或蛋白质代谢调控基因IVD(Isovaleryl-Co A dehydrogenase)、SPI(serine protease inhibitor),胞质p H代谢调控基因ME(NADP-dependent malic enzyme),信号转导调控基因CRT(calcium binding protein 1),离子转运基因ORT(organic anion transporter)和低氧诱导蛋白调控基因HIP(hypoxia induced protein)的上调表达。因此,NO和H_2S可能通过调控上述基因的表达参与提高植物水涝低氧胁迫耐受性。综上所述,在低氧条件下NO的积累刺激了下游信号分子H_2S含量的增加,继而激活了细胞氧化防御系统,降低了低氧损伤;同时提升了细胞内Ca~(2+)含量,增加了无氧代谢效率,抑制了乙烯的产生,启动了静止生长策略,从而在分子和生理水平提升了植物的水涝低氧耐受性。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S513;S422

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本文编号：1282715