H2S與SO2延緩大麥糊粉層細胞程序性死亡的信號機制研究.pdf

1、H2S是在動物體中發(fā)現(xiàn)的繼NO、CO之后的氣體信號分子。近年來，已有大量文獻報道H2S在植物的多種生理和病理過程中行使著重要的調節(jié)功能（諸如根形態(tài)建成、種子萌發(fā)、氣孔運動、光合作用、脅迫響應、果實成熟衰老、植物衰老和死亡）等。本文以大麥糊粉層為材料，研究H2S對大麥糊粉層細胞程序性死亡的作用。實驗結果表明，0.25 mM H2S供體NaHS能明顯延緩去胚的大麥糊粉層細胞的死亡，顯著降低大麥糊粉層中超氧陰離子(·O2-)、過氧化氫(H2O

2、2)及丙二醛(MDA)等膜脂過氧化產物的含量，提高超氧化物歧化酶(SOD)，過氧化氫酶(CAT)，愈創(chuàng)木酚過氧化物酶(POD)，抗壞血酸過氧化物酶(APX)的活性，降低脂氧合酶(LOX)的活性。RT-PCR的結果表明，H2S處理可以促進SOD基因HvSOD1，APX基因HvAPX, CAT基因HvCAT1和HvCAT2以及半胱氨酸蛋白酶抑制基因HvICY表達，抑制LOX基因HvLOX和半胱氨酸蛋白酶HvEPA、HvCP3-31基因的表達

3、。赤霉素(GA)是一種植物激素，在谷物類種子萌發(fā)過程中能促進胚的生長，并能加速糊粉層細胞的死亡。研究發(fā)現(xiàn)，H2S抑制GA誘導的大麥糊粉層細胞死亡，降低糊粉層中超氧陰離子(·O2-)的含量，提高愈創(chuàng)木酚過氧化物酶(POD)的活性，抑制脂氧合酶(LOX)的活性。H2S能作為抗氧化劑顯著延緩大麥糊粉層細胞死亡，而且在正常條件和GA刺激的條件下都能延緩細胞死亡，說明這H2S延緩植物細胞程序性死亡的效果具有普遍性。
　　SO2也被認為是一種

4、新型的氣體信號分子。植物體中，植物吸收的無機SO42-，先形成SO32-，再進一步還原生成H2S，最終合成自身的半胱甘酸為植物體所利用。前期研究表明，在鋁或干旱脅迫下，SO2信號能顯著提高小麥種子萌發(fā)率并提高種子中內源H2S的含量。因此，SO2可能參與了種子萌發(fā)進程及抗逆反應中內源H2S的信號轉導途徑。本文采用H2S的熒光探針結合熒光顯微技術發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，SO2供體處理的糊粉層中具有較高水平的H2S信號;同時，熒光分光光度法也驗證

5、了上述結果。本文研究發(fā)現(xiàn)，SO2供體能顯著延緩20μM GA誘導的大麥糊粉層細胞凋亡進程，且呈現(xiàn)一定的濃度效應，當SO2供體的濃度為0.05 mM時，效果最佳。0.05 mM SO2供體能減少大麥糊粉層細胞內·O2-和H2O2及MDA的含量，促進SOD，CAT，POD，APX，谷胱甘肽還原酶(GR)，脂氫過氧化物裂解酶(HPL)活性的升高，降低LOX的活性。而且在分子水平上提高SOD基因HvSOD1，APX基因HvAPX,CAT基因Hv

6、CAT1，HvCAT2和半胱氨酸蛋白酶抑制基因HvICY基因的表達量，下調HvLOX和HvEPA、HvCP3-31的表達量。NO已被證明是植物中一種重要氣體信號分子，能促進種子萌發(fā)，延緩GA刺激的糊粉層細胞死亡進程。SO2供體處理的糊粉層中，也檢測到了較高水平的NO含量。表明NO信號也介導了SO2作為抗氧化信號分子顯著延緩大麥糊粉層細胞的凋亡進程。
　　大麥種子胚乳中貯藏的大量β-淀粉酶，萌發(fā)早期β-淀粉酶可快速水解淀粉質胚乳，為

7、早期的種子萌動提供營養(yǎng)。對β-淀粉酶研究結果表明，H2S能明顯提高大麥種子早期萌發(fā)過程中的的β-淀粉酶的酶活。在早期萌發(fā)過程中H2S不能提高α-淀粉酶活性;對游離態(tài)β-淀粉酶酶活提升有輕微的促進作用;對結合態(tài)β-淀粉酶的促進作用顯著，而且不同濃度的處理結果表明H2S對結合態(tài)β-淀粉酶的促進作用隨濃度的升高而逐漸增強，在0.8 mM時最強;H2S促進酶活最佳時間是9小時;但H2S不能激活β-淀粉酶的游離態(tài)單體。在種子萌發(fā)中后期，大麥糊粉層

8、細胞分泌α-淀粉酶，α-淀粉酶能將貯藏的淀粉分解成小分子營養(yǎng)物質，為胚的生長提供營養(yǎng)。本文研究發(fā)現(xiàn)，H2S供體在0.05-0.5 mM的范圍內均能顯著促進α-淀粉酶的分泌，其促進作用隨濃度升高而增強。
　　與H2S相似，SO2也可以提高大麥種子早期萌發(fā)過程中的的β-淀粉酶的活性;對游離態(tài)β-淀粉酶的活性略有提升;顯著促進結合態(tài)β-淀粉酶活性上升，且在一定的濃度范圍內，SO2濃度越高，結合態(tài)β-淀粉酶酶活越高，0.8 mM SO2處