硫化氢在乙烯诱导气孔关闭过程中的调控机制

逆境条件能够引起植物体内乙烯的产生，乙烯能够诱导气孔关闭，乙烯调控气孔运动的信号转导机制非常复杂有待于深入研究。已有报道提出硫化氢是动植物体内的重要气体信号分子，我们的前期工作表明硫化氢参与了乙烯诱导的气孔开闭运动。但尚不清楚其在乙烯调控气孔运动中的调控机制。本项目综合应用植物生理学和分子生物学等技术，探讨气孔保卫细胞中硫化氢合成酶（L-/D-CDes）的细胞定位、活性、基因表达模式和硫化氢在乙烯诱导气孔关闭中的作用，以及一氧化氮、ATP和钙信使在硫化氢介导的乙烯诱导气孔关闭信号转导链中的上、下游关系。本项目的研究结果不仅可以进一步证明硫化氢参与了乙烯诱导的气孔开闭运动，而且将更为深入地阐明乙烯调控气孔开闭运动的信号转导机理，具有重要的理论意义和潜在的应用前景。

硫化氢（H2S）是近年来受到广泛关注的植物内源气体信号分子，以L-/D-半胱氨酸为底物的L-/D-半胱氨酸脱巯基酶（L-/D-CDes）是植物产生H2S的重要途径。有证据显示H2S参与植物生长发育和对逆境响应等多种生理过程的调节，但目前对H2S在乙烯诱导气孔关闭过程中的调控机制了解尚不甚清晰。.本项目克隆了H2S合成酶AtL/D-CDes基因的启动子，证明该基因的启动子含有乙烯响应元件ERE；在气孔保卫细胞中AtL-CDes和AtD-CDes高效表达；启动子截短实验显示响应乙烯的关键作用区段是-408bp至-697bp之间。证明，来自于AtD-CDes途径的H2S参与乙烯调控的气孔运动。.研究了在乙烯调控气孔运动过程中H2S与H2O2、NO、eATP和Ca2+之间的关系。（1）发现乙烯对H2O2合成突变体植株叶片H2S含量及L-/D-CDes活性无显著作用。H2O2清除剂和合成抑制剂均能抑制乙烯诱导的H2S含量和L-/D-CDes活性的增加及气孔开度的减小。证明H2S位于H2O2下游介导乙烯诱导拟南芥气孔关闭。（2）发现清除NO可减弱乙烯利诱导的H2S含量的上升、L/D-CDes活性的增强及AtL-CDes和AtD-Cdes的转录水平升高。推测在乙烯诱导气孔关闭过程中H2S位于NO的下游。（3）ABC转运体阻断剂Gli、P2受体抑制剂PPADS和嘌呤水解酶Apyrase可抑制乙烯诱导的气孔关闭；H2S清除剂HT能阻遏乙烯诱导的eATP含量的升高，乙烯对H2S合成突变体eATP含量及AtMRP4和AtMRP5相对表达量无显著影响，推测eATP可能位于H2S下游参与乙烯诱导拟南芥气孔关闭。（4）证明钙螯合剂EGTA、液泡钙离子通道抑制剂RR和质膜钙离子通道阻断剂Nif对乙烯诱导H2S含量的增加及L/D-CDes活性的升高没有显著作用。推测在乙烯调控气孔运动过程中，H2S的产生可能位于钙离子变化之前。（5）发现H2S能够抑制保卫细胞内向整流K+流；且Atmrp4、Atmrp5及Atmrp4/5突变体对H2S作用的敏感性下降，其气孔的开闭运动、eATP水平以及保卫细胞质膜K+流不再变化，说明来源于ABC转运体途径的eATP参与H2S介导的气孔关闭过程。.本项目的研究结果证明H2S参与了乙烯诱导的气孔开闭运动，深入阐明了气孔开闭运动的信号转导机理。