甲基乙二醛信号与硫化氢信号交互作用调控植物耐热性的机理

High temperature is the major stress factor that limits plant growth, development and yield, high temperature perception, response and adaptation in plants are involve in many signal molecules such as calcium, hydrogen peroxide (H2O2), nitric oxide (NO) and their crosstalk. Recent years, methylglyoxal (MG) and hydrogen sulfide (H2S) are considered as important signal molecules in plants, involving in plant growth, development and the acquisition of stress tolerance. Our previous study also illustrated that pretreatment with MG and H2S alone could improve the heat tolerance of maize seedlings, indicating that interaction between MG and H2S exists in the formation of heat tolerance in plants. However, interaction of MG and H2S as well as the mechanism of their crosstalk regulates heat tolerance is not clear. Therefore, on the basis of our previous work, using physiological, biochemical, pharmacological, molecular and proteomics approaches in present project to investigate: (1) regulation of interaction between MG and H2S on heat tolerance of maize seedlings; (2) mechanism of interaction between MG and H2S regulates the heat tolerance of maize seedlings. The results not only will supplement signal crosstalk network of plants perceive and adapt to high temperature, but also further understand the mechanism of interaction between MG and H2S regulates the heat tolerance in plants at physiological, biochemical, molecular and proteomic levels.

高温是限制植物生长、发育和产量的主要胁迫因子，植物对高温的感受、响应和适应过程涉及许多信号分子如钙、过氧化氢（H2O2）、一氧化氮（NO）等的交互作用。近年来的研究表明，甲基乙二醛（MG）和硫化氢（H2S）是植物体内重要的信号分子，参与植物生长、发育和耐逆性的获得。我们前期的研究也表明，MG和H2S可提高植物的耐热性，暗示二者在植物耐热性形成中存在交互作用，但它们的交互作用及其调控植物耐热性的机理尚未清楚。所以，本项目在前期研究工作的基础上，以玉米幼苗为材料，利用生理生化、药理学、分子生物学和蛋白组学手段，拟研究：① MG信号与H2S信号交互作用对玉米幼苗耐热性的调控；② MG信号与H2S信号交互作用调控玉米幼苗耐热性的机理。研究结果不仅是对植物感受和适应高温过程中信号交互作用网络的补充，也可在生理生化、分子和蛋白组水平上阐明MG信号与H2S信号交互作用调控植物耐热性的机理。

硫化氢(hydrogen sulfide, H2S)和甲基乙二醛(methylglyoxal, MG)都是植物重要的信号分子，参与从种子萌发到植物衰老的整个生活史。但二者植物植物耐热性形成中是否存在交互作用，以及这种交互作用如何调控植物的耐热性，目前尚未清楚。故本项目利用生理生化、药理学、分子和组学手段，研究了H2S与MG在植物耐热性形成中的交互作用，以及这种交互作用对抗氧化系统、渗透调节系统、MG脱毒系统、热激蛋白等的调控。生理生化、药理学、分子手段的研究结果表明，H2S、MG独立或组合处理，可上调玉米幼苗与抗氧化系统、渗透调节系统、MG脱毒系统等相关基因的表达，以及提高对应的抗氧化系统、渗透调节系统、MG脱毒系统的活力在非热胁迫和热胁迫条件下，暗示抗氧化系统、渗透调节系统、MG脱毒系统在H2S与MG交互作用调控玉米幼苗耐热性中的作用。此外，转录组学的研究也表明，H2S、MG和热胁迫独立或组合处理，与抗氧化系统、渗透调节系统、MG脱毒系统、热激蛋白、植物激素等相关的基因在玉米幼苗中被不同程度地被上调在非热胁迫和热胁迫条件下，并且这种上调在H2S、MG和热胁迫独立或组合处理的玉米幼苗中，存在共性和特异性，这也进一步支持H2S与MG的交互作用，以及这种交互作用通过调控抗氧化系统、渗透调节系统、MG脱毒系统、热激蛋白、植物激素等，触发玉米幼苗耐热性的形成。这些研究结果表明，在玉米幼苗耐热性形成中，存在H2S与MG的交互作用，并且二者的交互作用通过调控抗氧化系统、渗透调节系统、MG脱毒系统、热激蛋白、植物激素等，触发玉米幼苗耐热性的形成。