镉诱导丽江云杉PCD过程中特异MAPK的鉴定及其与H2O2的关系研究

Cadmium (Cd) is a non-essential toxic heavy metal that influences normal growth and development of plants. However, the molecular mechanisms by which plants (especially gymnosperm) recognize and respond to Cd are not completely understood. In our previous studies, we found that CdCl2 induced the activation of mitogen-activated protein kinase (MAPK) in the process of Cd-induced programmed cell death (PCD) in Picea likianensis seedling. However, the Cd-induced specific MAPK in MAPK family remain to be identified. In our experiment, we found that the inhibition effect of blocking H2O2 signaling by glutathione or sodium benzoate on Cd-activated MAPK is not significant. This observation seems to be different with the results from other plants (Arabidopsis thaliana, rice, and medicago, etc.) and may exhibit a specific Cd signaling in gymnosperm. This research project use Picea likianensis as material to identify the specific MAPK in Cd-induced PCD and further analyze the relationship of specific MAPK and H2O2. This research project may reveal the preliminary molecular mechanism in Cd stress to Picea likianensis and provide meaningful information to us about the interaction between heavy metal and gymnosperm.

镉是植物非必需且有毒的重金属元素，它可以影响植物的正常生长和发育。但是，植物（尤其是裸子植物）对镉的识别和响应的分子机制尚不完全明确。我们前期研究发现，CdCl2诱导丽江云杉幼苗PCD（细胞程序性死亡）过程中可以激活MAPK（促分裂原活化蛋白激酶）。但是，镉激活的是MAPK家族中哪个成员需要鉴定。实验中，我们初步发现用谷胱甘肽或苯甲酸钠阻止H2O2信号对镉激活MAPK的抑制并不显著，这一现象和其他植物（拟南芥、水稻、苜蓿等）的研究结果略有不同，可能反应了裸子植物镉胁迫信号的特异性。本项目将以丽江云杉为研究对象，鉴定镉诱导PCD过程中的特异MAPK，并进一步分析特异MAPK和H2O2的关系。本项目有望初步揭示丽江云杉镉胁迫过程中的分子机制，对认识重金属和裸子植物的互作有重要意义。

镉是植物非必需且有毒的重金属元素，可以影响植物的生长和发育。我们以丽江云杉幼苗为研究对象，发现CdCl2可以诱导丽江云杉根部PCD。同时，利用商业抗体Anti-pERK（检测磷酸化的MAPK）进行Western杂交实验，我们发现CdCl2可以激活MAPK（促分裂原活化蛋白激酶）。CdCl2激活MAPK的同时激发了活性氧的产生。实验中，外施过氧化氢可以激活MAPK，但对丽江云杉根部PCD没有明显的影响。外施PD98059，可以抑制丽江云杉根部细胞ROS的产生，但对PCD没有明显的影响。外施谷胱甘肽和苯甲酸钠，可以抑制MAPK的活性，丽江云杉根部细胞的PCD有所减轻。所以，CdCl2胁迫中，MAPK信号和ROS信号是复杂的相互影响关系，ROS可能直接影响CdCl2诱导根部细胞的PCD，而MAPK信号可能通过下游因子调节CdCl2诱导的PCD。进一步，我们发现，CdCl2可以激活丽江云杉根部的PlMPK6。原生质体实验表明，外施过氧化氢可以激活PlMPK6。本项目初步揭示了丽江云杉镉胁迫过程中的分子机制，对认识重金属和裸子植物的互作有重要意义。