硫化氢信号通过离子通道调控气孔运动的机理研究

Hydrogen sulfide (H2S) has been proposed as a new gasotransmitter after nitric oxide (NO) and carbon monoxide (CO). In recent years, its ubiquity and versatile role as signaling molecules in higher plants was discovered and confirmed gradually, but the mechanism remains unclear. In previous work, we found that physiological concentration of exogenous H2S induced stomatal closure in order to enhance the tolerance to drought stress in Arabidopsis, and there were interactions between H2S and ABA; H2S also enhanced the activity of anion channels; H2S influenced the intracellular concentration of Ca2+ and the expression of ion channel encoding genes. These data and the references available suggested clearly that there were close contacts among H2S, ABA and ion channels in stomatal movement of guard cell. This project plans to explore the signaling function and mechanism of H2S in stomatal closure process; investigate the role of ion channels in H2S signaling pathway; understand the relationship of Ca signal and H2S signal in the regulation of stomatal movement.

硫化氢 (H2S) 已经成为继一氧化氮 (NO) 和一氧化碳 (CO) 之后新的气体信号分子。最近几年在高等植物中，H2S作为信号分子的重要作用逐渐被发现和证实，但是对其作用机制的了解却非常有限。我们前期工作发现：生理浓度的H2S可诱导模式植物拟南芥叶片气孔关闭，以增强其对干旱胁迫的耐受性，且在此过程中与植物内源激素脱落酸 (ABA) 存在密切的相互作用；可以增强保卫细胞阴离子通道活性；还可以引起胞内Ca2+浓度和多个离子通道或转运蛋白的编码基因表达量变化。这些前期数据结合已有文献明确提示了H2S在调节气孔运动过程中，与ABA以及保卫细胞离子通道之间存在直接的联系。本研究拟运用生化与分子生物学、植物生理学、细胞生物学等技术手段，探讨气体信号分子H2S在调控气孔运动过程中的信号作用及其机制；解析离子通道在H2S信号途径中的作用；了解Ca信号与H2S信号途径在调控气孔运动过程中的关系。

硫化氢 (H2S) 已经成为继一氧化氮 (NO) 和一氧化碳 (CO) 之后新的气体信号分子。最近几年在高等植物中，H2S作为信号分子的重要作用逐渐被发现和证实，但是对其作用机制的了解却非常有限。我们前期工作发现：生理浓度的H2S可诱导模式植物拟南芥叶片气孔关闭，以增强其对干旱胁迫的耐受性，且在此过程中与植物内源激素脱落酸 (ABA) 存在密切的相互作用；可以增强保卫细胞阴离子通道活性；还可以引起胞内Ca2+浓度和多个离子通道或转运蛋白的编码基因表达量变化。在本项目中，我们以H2S产生相关的突变体（WT, lcd, OE-LCD, des, OE-DES, oastl-a1, oastl-a2, oastl-b, oastl-c）为实验材料, 从形态学、细胞生物学、生理生化水平进行比较，确定气体信号分子H2S调节气孔运动的生理作用。重点运用非损伤微测技术（NMT），在PEG-8000模拟干旱的胁迫条件下，对保卫细胞膜上的四种离子流速和流向进行了测定。结果表明，内源H2S信号可以通过调节保卫细胞的离子浓度从而诱导气孔关闭，其中K+通道是H2S信号的重要靶标，H2S可以引起Ca2+浓度的骤变，从而调节Ca信号。以上研究结果揭示了气体信号分子H2S在调控气孔运动过程中的信号作用及其机制，明确了离子通道在H2S信号途径中的作用，并阐明了Ca信号与H2S信号途径在调控气孔运动过程中的关系。为植物体内H2S信号功能的研究奠定了坚实的基础。