硫化氢通过调控谷胱甘肽和血红素加氧酶延缓小麦糊粉层PCD

摘要

继一氧化氮和一氧化碳之后，硫化氢在动物中被认为是第三种气体信号分子并参与多种生理学过程。内源硫化氢由L-半胱氨酸脱巯基酶催化半胱氨酸分解产生，同时伴随着丙酮酸和氨的释放。已有研究表明，GA和ABA分别促进和抑制了小麦糊粉层PCD的发生。本研究则发现，GA和ABA分别下调和上调了小麦糊粉层L-半胱氨酸脱巯基酶活性和内源硫化氢含量的产生。为探究硫化氢的释放与PCD之间的关系，我们使用硫化氢的外源供体硫氢化钠进行实验。结果表明，硫氢化钠能提高糊粉层内源硫化氢产生，并以浓度依赖方式缓解GA诱导的糊粉层PCD。有趣的是，硫化氢清除剂亚牛磺酸(HT)能降低糊粉层内源硫化氢含量，并抑制硫氢化钠缓解糊粉层PCD的效果。为进一步排除除硫化氢以外硫氢化钠分解释放的其它含硫或含钠化合物的干扰，我们使用多种含硫钠盐和氯化钠来验证硫氢化钠的专一性。结果表明是硫化氢或硫氢根，而不是硫氢化钠释放的其他产物，调控了糊粉层PCD的发生。
　　 谷胱甘肽是一个三肽的硫醇，它在植物硫代谢和防御反应中都起着重要作用。进一步的实验发现，GA和ABA处理分别下调和上调了糊粉层内源谷胱甘肽总含量和还原型与氧化型谷胱甘肽比率，硫氢化钠能上调糊粉层内源谷胱甘肽总含量和还原型与氧化型谷胱甘肽比率。为探究谷胱甘肽在受硫化氢调节的糊粉层PCD中的作用，我们研究了外源还原型谷胱甘肽及其合成抑制剂BSO对糊粉层谷胱甘肽总含量及PCD表型的影响。结果表明，外源还原型谷胱甘肽能模拟硫氢化钠的作用，提高糊粉层谷胱甘肽总含量，并缓解GA诱导的糊粉层PCD;BSO能降低糊粉层谷胱甘肽总含量，并抑制还原型谷胱甘肽和硫氢化钠对糊粉层PCD的缓解作用。以上结果表明硫化氢可能通过调控谷胱甘肽缓解了小麦糊粉层的PCD。
　　 动物血红素加氧酶(heme oxygenase，HO，EC1.14.99.3)被认为是抗氧化和抗凋亡的重要信号系统。在植物中的研究发现，HO能延缓GA诱导的小麦糊粉层PCD的发生。本实验的结果表明，GA和ABA分别下调和上调了糊粉层HO-1的基因表达量，硫氢化钠则能上调糊粉层HO-1的基因和蛋白表达量。为探究HO-1在受硫化氢调节的糊粉层PCD中的作用，进一步采用HO活性竞争性抑制剂锌原卟啉(zincprotoporphyrinⅨ，ZnppⅨ)和HO催化分解产物BR、CO进行实验。结果表明，锌原卟啉能降低HO-1基因表达量，并显著抑制硫氢化钠对糊粉层PCD的缓解作用;BR和CO能提高HO-1基因表达量，部分消除锌原卟啉对硫氢化钠缓解糊粉层PCD作用的抑制。以上结果表明硫化氢可能通过调控HO从而缓解小麦糊粉层的PCD。综上所述，GA能下调糊粉层LCD活性和硫化氢含量;硫氢化钠能上调糊粉层LCD活性和硫化氢含量，并通过上调糊粉层硫化氢含量缓解GA诱导的小麦糊粉层PCD;硫氢化钠还能通过上调糊粉层谷胱甘肽总含量和HO-1的基因表达量缓解GA诱导的小麦糊粉层PCD。因此，硫化氢可能通过调控谷胱甘肽和血红素加氧酶从而延缓小麦糊粉层的PCD。

目录

声明

摘要

缩略语词汇表

第一章 文献综述

1．1 细胞程序性死亡研究进展

1．1．1 概述

1．1．2 禾谷类作物糊粉层与细胞程序性死亡

1．2 硫化氢气体信号研究进展

1．2．1 内源硫化氢的产生途径

1．2．2 硫化氢信号分子在植物中的调控

1．3 谷胱甘肽研究进展

1．3．1 谷胱甘肽产生途径

1．3．2 谷胱甘肽在生物体中调控

1．4 HO／CO信号系统研究进展

1．4．1 血红素的降解途径

1．4．2 血红素加氧酶在生物中的调控

1．5 本课题开展的目的与意义

第二章 材料与方法

2．1 试剂

2．2 材料培养

2．3 糊粉层处理

2．4 糊粉层的荧光观察

2．5 耗氧率测定

2．6 硫化氢含量的测定

2．7 L-半胱氨酸脱巯基酶活性的测定

2．8 谷胱甘肽含量的测定

2．9 HO-1的Western-blot分析

2．10 定量RT-PCR分析

2．11 统计分析

第三章 结果与分析

3．1 GA和ABA对L-半胱氨酸脱巯基酶与内源硫化氢含量的影响

3．2 硫氢化钠能缓解PCD发生，逆转GA引起的糊粉层硫化氢含量下降

3．3 硫氢化钠缓解PCD的现象与硫化氢有关，与硫类似物和钠离子无关

3．4 硫化氢能上调谷胱甘肽含量

3．5 硫氢化钠对糊粉层PCD的缓解被谷胱甘肽合成抑制剂BSO抑制

3．6 硫氢化钠能上调HO-1基因表达和蛋白含量

3．7 硫氢化钠对糊粉层PCD的缓解被HO活性抑制剂锌原卟啉抑制

第四章 讨论

全文结论

参考文献

致谢