硫化氢参与调控拟南芥水涝低氧胁迫耐受性

【作者】 轩利娟； 袁国强； 张琪； 杨涛； 边志远； 廉玉科； 王崇英； 王新宇；

【机构】 兰州大学生命科学学院细胞活动与逆境适应教育部重点实验室；

【摘要】 气体信号分子硫化氢（H₂S）作为重要的氧感知器,参与调控动物细胞中低氧诱发的相关疾病,但其在植物低氧应答过程中的机制尚不明确。我们研究发现,外源H₂S预处理能够缓解植物根尖细胞死亡,显著提高其对水涝低氧胁迫的耐受性。生理生化检测发现,外源H₂S预处理提高了抗氧化酶系统的活性,减少了ROS的积累并维持了细胞膜的完整性。转录组与qRT-PCR结果显示,水涝低氧胁迫引起低氧应答、植物激素信号转导、碳代谢和氨基酸合成、自噬以及内质网胁迫等相关基因的表达模式发生变化,其中以半胱氨酸（Cys）为底物的H2S合成基因DES1（L/D-cysteine desulfhydrase）表达下调,H₂S代谢基因OAS（oacetylserine）表达上调,说明水涝低氧胁迫影响了H₂S与Cys之间的内平衡;而外源H2S预处理改变了水涝低氧胁迫条件下低氧应答、H₂S合成代谢以及自噬相关基因的表达模式。进一步研究发现,水涝低氧胁迫造成的植物细胞死亡是一种自噬性的程序性细胞死亡过程,并且H2S预处理能够显著减少水涝低氧条件下自噬体的形成,从而缓解细胞的死亡。综上所述,H₂S可能通过降低ROS的积累、调控低氧应答等相关基因的表达、维持H₂S与Cys的内平衡以及减少自噬体的形成等方式增强了拟南芥水涝低氧胁迫耐受性。更多还原