SO2延緩小麥糊粉層細(xì)胞程序性死亡及緩解鋁脅迫的信號機(jī)制研究.pdf

1、禾谷類種子萌發(fā)后期，在糊粉層細(xì)胞完成水解酶的合成與分泌之后，糊粉層細(xì)胞會自主有序地發(fā)生死亡，這種類型的細(xì)胞死亡屬于細(xì)胞程序性死亡(programmed cell death，PCD)。禾谷類種子的糊粉層細(xì)胞已成為研究植物細(xì)胞程序性死亡的模式細(xì)胞。本論文以小麥糊粉層為研究材料，考察了SO2供體(NaHSO3∶Na2SO3)對糊粉層細(xì)胞程序性死亡進(jìn)程的影響及相關(guān)的調(diào)節(jié)機(jī)理。結(jié)果表明，經(jīng)SO2供體處理小麥糊粉層細(xì)胞，可明顯延緩其細(xì)胞程序性死亡

2、的進(jìn)程，且呈一定的濃度效應(yīng)。與對照相比，經(jīng)過不同濃度SO2供體(10、50、100μM)處理糊粉層細(xì)胞均可延緩其細(xì)胞死亡，其中100μM SO2供體延緩細(xì)胞死亡的效果最為顯著。100μM SO2供體能延緩糊粉層細(xì)胞可溶性蛋白的降解，延緩細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)貯藏液泡(protein storage vacuoles，PSV)的擴(kuò)大。此外，SO2還能延緩糊粉層細(xì)胞DNA降解。研究發(fā)現(xiàn)，SO2能顯著提高糊粉層細(xì)胞硫代謝相關(guān)基因TaSultri4;1a

3、、TaSiR、TaOASTL、TaCoA、TaGHPOD表達(dá)水平，抑制TaSultri;1，TaAPR基因表達(dá)。
　　活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)的迸發(fā)是糊粉層細(xì)胞程序性死亡的一個顯著事件，大量的ROS會加快糊粉層細(xì)胞的程序性死亡進(jìn)程。本文對SO2是否作為一種抗氧化信號分子參與調(diào)控ROS的水平，進(jìn)而介導(dǎo)了糊粉層細(xì)胞程序性死亡，進(jìn)行了相關(guān)研究。結(jié)果表明，SO2可以明顯減少程序性死亡進(jìn)程中的小麥糊粉

4、層細(xì)胞內(nèi)過氧化氫(H2O2)、超氧陰離子（·O2-）等活性氧含量，提高糊粉層細(xì)胞內(nèi)過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)等相關(guān)酶活性，上調(diào)CAT、APX及SOD酶的基因表達(dá)，表明SO2具有抗氧化信號，參與調(diào)控小麥糊粉層細(xì)胞程序性死亡進(jìn)程，行使其延長糊粉層細(xì)胞存活時間等生理功能。
　　硫化氫(Hydrogen Sulfide，H2S)是植物體內(nèi)繼CO、NO的第三種氣體信號分

5、子，而SO2供體(NaHSO3∶Na2SO3)在植物細(xì)胞中亞硫酸還原酶的作用下生成H2S，本文對SO2是否通過H2S信號通路，調(diào)控小麥糊粉層細(xì)胞程序性死亡進(jìn)程，進(jìn)行了相關(guān)研究。H2S處理小麥糊粉層細(xì)胞實驗結(jié)果表明，糊粉層細(xì)胞死亡率顯著降低，內(nèi)源H2S及NO的含量明顯提高。而在NO清除劑(Carboxy-cPTIO，cPTIO)的條件下，H2S處理的小麥糊粉層細(xì)胞死亡率明顯上升，其內(nèi)源H2S含量明顯下降，其抗氧化相關(guān)基因TaCAT、TaA

6、PX、TaSOD的表達(dá)水平均有所下降。SO2處理糊粉層后，內(nèi)源H2S及NO含量也顯著提高，且NO清除劑和SO2處理小麥糊粉層，其內(nèi)源H2S含量減少，抗氧化基因TaCAT、TaAPX、TaSOD表達(dá)水平明顯下降。這表明SO2通過H2S信號通路，產(chǎn)生內(nèi)源NO以及H2S，然后通過內(nèi)源信號分子調(diào)控抗氧化酶相關(guān)基因表達(dá)，最后延緩小麥糊粉層細(xì)胞程序性死亡。
　　本文還對H2S調(diào)控小麥種子淀粉酶活性的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，H2S可以提高β-

7、淀粉酶的活性，并呈一定的劑量效應(yīng)，與對照相比，不同濃度的H2S供體（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0 mM）均可以提高β-淀粉酶的活性，其中1.5 mM的H2S供體提高小麥種子β-淀粉酶活性最為明顯。進(jìn)一步研究表明，H2S可以明顯提高自由態(tài)β-淀粉酶的活性以及結(jié)合態(tài)β-淀粉酶的活性。與H2S作用類似，0.8 mM SO2也可以明顯提高小麥種子結(jié)合態(tài)β-淀粉酶的活性。
　　本文對SO2是否緩解鋁脅迫小麥胚根的毒

8、害作用進(jìn)行了相關(guān)研究。結(jié)果表明，0.4 mMA1對小麥胚根生長具有明顯抑制作用;而且1.0 mM SO2對小麥胚根生長沒有明顯的毒害作用，SO2可緩解鋁脅迫小麥胚根生長的毒害作用。進(jìn)一步研究表明，SO2可以減少鋁脅迫小麥胚根的ROS的積累，緩解鋁脅迫小麥胚根膜損傷，減少胚根的鋁累積。另外，本論文還對SO2調(diào)控鋁脅迫小麥胚根的鋁誘導(dǎo)基因的表達(dá)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，SO2可以明顯減少鋁誘導(dǎo)基因TaWali1，TaWali2、TaWali3、