细胞外ATP对逆境胁迫下植物细胞死亡调节机制的研究

摘要

三磷酸腺苷(ATP)不仅以能量货币的形式存在于细胞内部，也可作为信号分子广泛存在于动物和植物细胞的细胞外基质中。细胞外ATP(eATP)可与细胞膜表面的受体结合，并激发细胞内的第二信使(Ca2+、H2O2)，从而调节植物细胞的多种生理活动。本文主要以烟草悬浮细胞(Nicotiana tabacum L. cv. Bright Yellow-2)为实验材料，研究了eATP在水杨酸、铜离子、盐诱导细胞死亡中的作用及可能的机制。主要有以下发现：
　　(1)细胞外ATP可以缓解植物激素水杨酸(SA)引起的细胞死亡。高浓度的SA处理可引起细胞死亡，而加入外源ATP，可缓解SA引起的细胞死亡。同时发现， SA可以降低NADPH氧化酶的活性，而加入外源ATP则使得NADPH氧化酶的活性升高。为了进一步探究eATP的调节机制，并验证其作用途径是否与NADPH氧化酶有关，使用NADPH氧化酶的抑制剂——二亚苯基碘(DPI)处理细胞。结果显示，DPI可抑制eATP对SA诱导细胞死亡的缓解作用，因此其调节的信号通路可能与NADPH氧化酶有关。
　　(2)细胞外ATP可以影响铜离子诱导的细胞死亡和H2O2的产生。高浓度的Cu2+处理可引起细胞死亡，且胞内外H2O2含量均有所上升。加入H2O2的清除剂—DMTU后，Cu2+引起的细胞死亡回复至对照水平，这说明Cu2+引起细胞死亡的最主要原因是H2O2的产生。Cu2+处理同时提高了NADPH氧化酶的活性，加入DPI抑制NADPH氧化酶后，缓解了Cu2+引起的细胞死亡和细胞内外H2O2含量的上升，但并未恢复至对照水平，这说明Cu2+引起细胞死亡和H2O2的产生与NADPH氧化酶有关。加入外源ATP进一步增加了细胞死亡、细胞内外H2O2的产生、NADPH氧化酶的活性。而DPI预处理后，外源ATP并未引起上述变化。综上可知，Cu2+引起的细胞死亡主要与细胞内外H2O2的含量有关，也与NADPH氧化酶的活性有关，而eATP可通过刺激NADPH氧化酶影响Cu2+引起的细胞死亡和细胞内外H2O2的产生。
　　(3)细胞外ATP可以影响NaCl诱导的细胞死亡和呼吸。高浓度的NaCl处理可引起细胞死亡和呼吸的抑制，并降低eATP的含量水平。研究也表明，eATP水平的大量下降，也会导致细胞的死亡。为了探究这两者之间是否相关，实验在NaCl处理细胞的同时，加入外源ATP处理，结果显示，细胞死亡、呼吸的抑制、eATP含量的降低较之单独使用NaCl处理均有所缓解。这说明，eATP可以调节NaCl胁迫诱导的细胞死亡和呼吸作用的降低。
　　综上可知，eATP作为一种重要的信号分子，通过调节细胞内NADPH氧化酶、H2O2，进而调节植物的细胞活性，这对环境变化下植物正常生理活动的维护与细胞抗性的调节有重要的生理意义。