一氧化碳通过一氧化氮信号上调抗氧化防护和维持离子稳态来提高小麦幼苗耐盐性

【作者】 谢彦杰； 凌腾芳； 韩毅； 刘开力； 黄丽琴； 袁星星； 贺子义； 胡冰； 方磊； 沈振国； 杨清； 沈文飚；

【机构】 南京农业大学生命科学学院生命科学实验中心； 南京农业大学理学院； 南京农业大学-天美电镜合作示范实验室；

【摘要】 一氧化碳（CO）在哺乳动物研究中被认为是一种调控一系列生理过程的重要内源气体信号分子,并且这些调控过程往往是通过一氧化氮（NO）信号来介导,但CO在植物逆境响应方面研究还比较少。本研究发现150 mMNaCl胁迫以时间进程方式诱导了小麦幼苗根部CO合成酶-血红素加氧酶（HO EC 1.14.99.3）活性上升并导致内源CO含量增加。进一步用外源CO处理来模拟内源CO的变化,发现外源50%饱和溶液与150 mM NaCl共处理（S+50%CO）不仅能提高小麦幼苗根部CO含量,还能明显缓解由胁迫导致其生长减缓和相对含水量的下降。NO供体硝普钠（SNP）和脂多糖乙二胺四乙酸二钠/一氧化氮（DETA/NO）与盐共处理（S+0.1SNP,S+DETA/NO）能得到与上述CO处理相类似的生物学表型,而SNP降解产物NO₂^-/NO₃^-和SNP类似物KFe₃（CN）₆/KFe₄（CN）₆与盐共处理（S+NO₂^-/NO₃^-;S+ KFe₃（CN）₆/KFe₄（CN）₆）则更加抑制小麦幼苗的生长。此外,CO与SNP还能上调小麦幼苗根部质膜ATP酶（PMH⁺-ATPase）、液泡膜ATP酶（VH⁺-ATPase）和液泡膜焦磷酸酶（V H⁺-PPase）等与维持离子稳态相关的酶类及抗坏血酸过氧化物酶（APX）、谷胱甘肽还原酶（GR）、超氧化物歧化酶（SOD）、单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）和双脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）等抗氧化防护酶的活性,并增加相关酶编码基因的转录本,从而提高幼苗根部的K/Na和缓解盐胁迫造成的氧化损伤。进一步的研究发现,CO的这种生物学功能很可能与NO有关,因为结合采用CO/NO清除剂血红蛋白处理（Hb,S+50%CO+Hb）、NO清除剂亚甲基蓝处理（MB,S+50%CO+MB;S+50%CO+0.1SNP+MB）或动物一氧化氮合酶（NOS）抑制剂N^G-硝基-L-精氨酸甲酯处理（L-NAME,S+50%CO+NAME）都不同程度地逆转了CO的各种缓解效应。更重要的是,CO能通过模拟SNP的作用来诱导小麦幼苗根尖大量释放NO,而组合L-NAME （S+50%CO+NAME）和2-（4-羧基苯）-4,4,5,5-四甲基咪唑-1-氧-3-氧化物（cPTIO,S+50%CO+cPTIO）处理则猝灭CO诱导的NO产生。上述研究表明,CO通过NO信号上调小麦幼苗根部抗氧化防护和维持离子稳态来提高耐盐性。更多还原