硫化氢与钙信号交谈调控植物耐热性的生理及分子机制

Hydrogen sulfide, involving in various physiological and pathological processes, is considered as the third gaseous signal molecule after nitric oxide (NO) and carbon monoxide (CO) in animal systems, and calcium is a universal second messenger in signal transduction netword of plant and animal cells. In recent years, hydrogen sulfide as a novel signal molecule is being extremely drawn attention in plant systems, and its physiological function is also being illustrated. Our previous study also found that pretreatment with hydrogen sulfide could improve heat tolerance of tobacco suspension cultured cells, and the acquisition of this heat tolerance involved in calcium signaling, but its physiological and molecular mechanism is not clear. Therefore, on the basis of our previous work, using physiological and biochemical, pharmacological and molecular methods as well as fluorescence technique in present project to investigate (1) crosstalk between hydrogen sulfide and calcium signaling; (2) involvement of crosstalk between hydrogen sulfide and calcium signaling in the acquisition of heat tolerance in tobacco suspension cultured cells; and (3) potential physiological and molecular mechanisms of crosstalk between hydrogen sulfide and calcium signaling involved in heat tolerance of tobacco cells. The results not only will supplement signal crosstalk network of the acquisition of thermotolerance in plants, but also further understand mechanisms of crosstalk between hydrogen sulfide and calcium signaling involved in plant heat tolerance at physiological and molecular level.

硫化氢是继一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）后动物体内的第三种内源气体信号分子，参与多种生理和病理过程，而钙是植物和动物细胞信号转导网络中普遍存在的第二信使。近年来，硫化氢作为一种新颖的信号分子在植物体中也倍受关注，其生理功能也正在被揭示。我们前期的研究也发现硫化氢处理可提高烟草悬浮培养细胞的耐热性，并且这种耐热性的获得与钙信号有关，但其生理及分子机制尚未清楚。所以，本项目在前期研究工作的基础上，以烟草悬浮培养细胞为材料，利用生理生化、药理学和分子生物学方法及荧光技术，拟研究（1）硫化氢与钙信号交谈；（2）交谈对烟草悬浮培养细胞耐热性的调控；（3）交谈调控烟草悬浮培养细胞耐热性的生理及分子机制。研究结果不仅是对植物获得耐热性的信号交谈网络的补充，也可在生理和分子水平上进一步阐明硫化氢与钙信号交谈调控植物耐热性的机制。

硫化氢信号是继一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）后动物体内的第三种内源气体信号分子，参与多种生理和病理过程，而钙信号是植物和动物细胞信号转导网络中普遍存在的第二信使。近年来，硫化氢作为一种新颖的信号分子在植物体中也倍受关注，其生理功能也正在被揭示。我们前期的研究也发现硫化氢处理可提高烟草悬浮培养细胞的耐热性，并且这种耐热性的获得与钙信号有关，但其生理及分子机制尚未清楚。所以，本项目在前期研究工作的基础上，以烟草悬浮培养细胞为材料，利用生理生化、药理学和分子生物学方法及荧光技术，研究一下三个方面的内容：（1）硫化氢与钙信号交谈；（2）交谈对烟草悬浮培养细胞耐热性的调控；（3）交谈调控烟草悬浮培养细胞耐热性的生理及分子机制。结果表明：（1）外源硫化氢处理可提高烟草细胞内源钙水平，这种提高被钙螯合剂和质膜钙通道阻赛剂所削弱；相反，外源钙处理可提高烟草细胞内源硫化氢水平，这种提高可被硫化氢合成抑制剂和清除剂所削弱，暗示烟草细胞中硫化氢和钙信号的交互作用。（2）外源硫化氢处理烟草细胞可提高细胞的耐热性，这种耐热性被外源钙所强化，被钙螯合剂和质膜钙通道阻赛剂所淘汰；反之，外源钙和钙调素分别处理，可提高烟草细胞的耐热性，这种耐热性的获得被外源硫化氢所强化，被硫化氢合成抑制剂和清除剂所削弱，表明硫化氢信号和钙信号交互作用调控植物的耐热性。（3）外源硫化氢处理可提高烟草细胞中的钙调素（CaM）、超氧化物岐化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽还原酶（GR）、过氧化物酶（GPX）等的活性和对应基因的表达；此外，外源硫化氢处理可提高烟草细胞中的谷胱甘肽（GSH）、总巯基物质（TSC）和总巯基蛋白（TSP）等的含量；外源钙和钙调素处理，可刺激硫化氢合成关键酶半胱氨酸脱巯基酶（LCD）等活性和基因表达。这些结果暗示，抗氧化酶系统（SOD、CAT、GR、GPX）和抗氧化剂（GSH、TSC、TSP）在硫化氢信号和钙信号交互作用调控植物耐热性中起着重要的作用。