（植物学专业论文）no可能作为h2o2的下游信号参与调节aba诱导的蚕豆气孔关闭过程.pdf

李 可 洲 片 大 学 2 0 0 4月 不 困 创 匕 布 开 习 七 生 3 食 亡 立 全 全 j 七 缩写表 气a 1d rzif no叭abarossnpnoscatpodapxsodxormaplsarhrpcdcadpfdadaf hzdc 英文全称 n i t r i c o x i d e h y d r o g e n p e r o x i d e a b s c i s i c a c i d r e a c t i v e o x y g e n s p e c i e s s o d i u m n i t r o p r u s s i d e n i t r i c o x i d e s y n t h a s e e t a l w c p p e r o x i d a s e a s c o r b a t e p e r o x i d a s e s u p e r o x i d e d i s m u t a s e x a n t h i n e o x i d o r e d u c t a s e m i t o g e n a c t i v a t e d p r o t e i n k i n a s e s y s t e m i c a c q u i r e d r e s i s t a n c e h y p e r s e n s i t i v e re s p o n s e p r o g r a m m e d c e l l d e a t h a p o p t o s i s c y c l i c a d e n o s i n e d i p h o s p h o r i b o s e fl u o r e s c e i n d i a c e t a t e 4 5 d i a m i n o fl u o r e s c e i n d i a c e t a t e 2 7 d i c h l o r o fl u o r e s c i n d i a c e t a t e d i m e t h y l f o r m a m i d e 2 n m o r p h o l i n o e t h a n e s u l f o n i c a c i d l a s e r s c a n n i n g c o n f o c a l m i c ros c o p e 英文缩写 me s l5 cm 中文名称 一氧化氮 过氧化氢 脱落酸 活性氧 硝普钠 一氧化氮合酶 过氧化氢酶 过氧化物酶 抗坏血酸过氧化物酶 超氧化物歧化酶 黄素氧化还原酶 促分裂原活化蛋白激酶 系统获得性抗性 过敏反应 细胞程序性死亡 细胞凋亡 环腺普酸二磷酸核酮糖 荧光素二乙酸酷 4 5 一 二氨基荧光素二乙 酸酷 2 7 一 二氛氢化荧光素乙 酞乙 酸盐 二甲基亚矾 2 n 吗啡琳一 乙 烷磺酸 激光扫描共聚焦显微镜 no a e 1 f 为 hz 仇 的乍游信号参与洲节 a b a场导的吞豆气孔省 会 闭趁权 中文摘要 脱落酸 a b a 可以调节植物抗逆 包括干旱 冷害 盐害等 的多种生理反应和分 子生物学效应 逆境下 伴随着体内 a b a 水平的升高植物气孔发生关闭 以前的研究报道 a b a 能通过促进保卫细胞k 外流来诱导气孔关闭 并且过氧化氢 h 2 0 2 也参与其中 保 卫细胞也己 成为研究a b a 信号转导的模式材料 一氧化氮 n o 是一种非常活拨的 分子 它参与多种生理活动 n o参与了 跨膜信号转 导的多个层面 如基因活化 蛋白质表达和酶活性的调节 最近的研究表明n o是植物在 病原菌侵害后激活防御反应的 信号之一 在植物中 n o和活性氧 r o l s 的 相互作用已 有报 道 d e l l e d o n n e 等揭示在蚕豆悬浮细胞中诱导细胞超敏感死亡需要n o和r o i s 的产生有一 个平衡 l u m和同事发现 h 2 0 2 作为上游信号诱导n o的产生 他们还发现 a b a诱导的 n o产生是经由 钙离子介导的 因为它可以 被钙离子通道阻断剂异搏定 v e r a p a m i l 所抑 制 最近的研究结果显示h 2 0 2 和n o都能作为信号分子介导a b a诱导的气孔关闭过程 但有关h 2 0 2 和n o在a b a信号转导途径中的 相互关系知之甚少 本文通过药理学和细胞学方法分析了 h 2 仇与n o 之间可能存在的关系并证明 n o 可能作 为h 2 0 2 下游信号参与a b a 诱导的 蚕豆气孔关闭 过程 表皮条生物分析显示和a b a 作用相同 n o 的供体硝普钠 s n p 和场仇均能诱导蚕豆气孔关闭 由 a b a 或场仇所诱导的蚕豆气孔 关闭 过程可部分地被 n o 的专一清除 剂c p t i o 所逆转 而姚伍的清除剂过氧化氢酶 c a t 则不能逆转n o 诱导的气孔关闭过程 用n o 或h 2 0 2 专一的荧光探针二氨基荧光素二乙酸酩 d a f 2 d a 或二氛荧光素二乙酸醋 h 2 d c f d a 分别标记蚕豆保卫细胞来检测蚕豆保 卫细胞内 n o 或h 2 0 2 的 水平变化发现 1 0 p m o l l a b a 处理后 胞内 h 2 0 2 的产生速率明显高 于n o 的产生速率 h 2 o 2 的清除剂c a t 几乎可完全抑制a b a 所诱导的 d a f 的荧光增加 外源 h z o 2 和 a b a 一样显著诱导胞内 d a f 的 荧光增加 n o 的专一清除剂c p t i o 对a b a 诱导的 d c f 荧光略有促进作用 但外源s n p 不能诱导胞内d c f 荧光的增加 这些结果表明 在a b a 通 过诱导h z o 2 和 n o 产生从而促进气孔关闭的 过程中 h 2 o 2 可能在 n o 的上游起作用并受n o 的 负反馈调节 羊钵词 一氧化氮 过氧化氢 脱落酸 信号转导 保卫细胞 0s 7wy c 2 0 0 4 a r a f 七 月 匕 卜 r 2 f e 3 t abs t r a c t a b s c i s i c a c i d a b a c a n re g u l a t e a v a r i e t y o f p h y s i o l o g i c a l a n d m o l e c u l a r r e s p o n s e s f o r p l a n t a g a i n s t s t re s s e s i n c l u d i n g d ro u g h t c h i l l i n g s a l i n i t y a n d s o f o r t h mo r e o f t e n s t o m a t a c l o s u r e o c c u r r e d i n t h e s e re s p o n s e s a c c o m p a n y i n g w i t h a b a p r o d u c t i o n p re v i o u s r e s e a r c h r e p o rt e d t h a t a b a m a y b r i n g a b o u t re d u c t i o n i n s t o m a t a l a p e r t u r e b y p r o m o t i n g t h e e ff l u x o f p o t a s s i u m s a l t f ro m g u a r d c e l l s a n d h y d r o g e n o x i d e h 2 0 2 i n v o l v e s i n t o t h i s p ro c e s s a s a n i n t e r m e d i a t e t h e g u a r d c e l l h a s a l s o b e c o m e a m o d e l s y s t e m f o r i n v e s t i g a t i o n o f a b a s i g n a l i n g p a t h w a y s n i t r i c o x i d e n o i s a v e ry a c t i v e m o l e c u l e i n v o l v s i n m a n y a n d d i v e r s e b i o l o g i c a l p a t h w a y s n o t o u c h e s u p o n m u l t i p l e a s p e c t s o f i n tr a c e l l u l a r s i g n a l i n g p a t h w a y s s u c h a s g e n e a c t i v a t i o n p r o t e i n e x p r e s s i o n a n d a c t i v i t y re g u l a t i o n o f e n z y m e s r e c e n t s t u d i e s h a v e d e m o n s tr a t e d t h a t n o i s a n o t h e r s i gna l t h a t a c t i v a t e s d e f e n s e r e s p o n s e s a ft e r p a t h o g e n a t t a c k s i g n a l i n t e r a c t i o n b e t w e e n n o a n d r e a c t i v e o x y g e n i n t e r m e d i a t e s r o i s i n t h e p l a n t h a v e a l re a d y b e e n re p o r t e d a n d r e c e n t l y n i tr i c o x i d e w a s r e p o rt e d t o b e a n o v e l c o m p o n e n t o f a b s c i s i c a c i d s i gna l i n g i n s t o m a t a l g u a r d c e l l s d e l l e d o n n e a n d c o l l e a g u e s d e m o n s tr a t e d t h a t i n s o y b e a n c e l l s u s p e n s i o n t h e e ff i c i e n t i n d u c t i o n o f h y p e r s e n s i t i v e c e l l d e a t h r e q u i r e s a b a l a n c e b e t w e e n r o i s a n d n o p r o d u c t i o n l u m a n d c o w o r k e r s i d e n t i fi e d h 2 0 2 a s a n u p s t re a m s i gna l t h a t l e a d s t o n o p r o d u c t i o n t h e y a l s o f o u n d t h a t t h e h 2 0 2 i n d u c e d n o p r o d u c t i o n w a s m e d i a t e d v i a c a l c i u m i o n f l u x a s i t w a s b l o c k e d i n t h e p r e s e n c e o f a c a l c i u m i o n c h a n n e l b l o c k e r v e r a p a m i l r e c e n t d o c u m e n t s s u g g e s t e d t h a t e i t h e r h 2 0 2 o r n o f u n c t i o n a s s i gna l m o l e c u l e s t o m e d i a t e a b a i n d u c e d s t o m a t a c l o s u re i n g u a r d c e l l s b u t t h e re w a s n o r e p o r t t o s t u d y o n t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n h 2 0 2 a n d n o i n a b a s i gna l tr a n s d u c t i o n p a t h w a y h e r e u s i n g s t o m a t a l a n a l y s i s a n d l a s e r s c a n n i n g c o f o c a l m i c r o s c o p e t e c h n i q u e s w e s h o w f i r s t l y t h a t n o a s t h e d o w n s t r e a m i n t e r me d i a t e o f h 2 0 2 s i gna l i n g m e d i a t e s a b a i n d u c e d s t o m a t a l c l o s u r e i n vi c i a f a b a l s o d i u m n i t r o p r u s s i d e s n p a n o d o n o r a n d h 2 0 2 c o u l d m i m i c t h e e ff e c t s o f a b a o n s t o m a t a c l o s u r e c a r b o x y p t i o c p t i o a s p e c if i c s c a v e n g e r o f n o p a rt l y r e v e r s e d t h e s t o m a t a c l o s u r e in d u c e d 勿a b a o r h 2 0 2 wh i l e c a t a l a s e c a t a h 2 0 2 s c a v e n g e r f a i l e d t o r e v e r s e n o i n d u c e d a p e r t u r e n o bs x作为 仇的下游信号参与 节a b a场导的番豆 t a关翻过粗 r e d u c t i o n i n i r c i a f a b a g u a r d c e l l s m o n i t o r i n g t h e c h a n g e s o f b o t h n o a n d h 2 0 2 g e n e r a t i o n i n g u a r d c e l l s b y u s i n g fl u o re s c e n t p r o b e o f n o o r h 2 0 2 d a f 2 d a o r h 2 d c f d a r e s p e c t i v e l y w e f o u n d t h a t t h e g e n e r a t i n g r a t e o f h 2 0 2 i n t h e g u a r d c e l l s w a s f a s t e r t h a n t h a t o f n o a ft e r t r e a t e d w i t h 1 0 u m o l l a b a c a t a l m o s t c o m p l e t e l y i n h i b i t e d t h e i n c re a s e o f d a f fl u o r e s c e n c e i n d u c e d b y a b a s i m i l a r t o a b a e x o g e n o u s h 2 0 2 p r o v o k e d t h e p r o d u c t i o n o f n o c p t i o c o u l d s l i g h t l y e n h a n c e t h e fl u o r e s c e n t i n t e n s i t y o f d c f s t i m u l a t e d b y a b a w h i l e e x o g e n o u s s n p c o u l d n o t i n c r e a s e d c f fl u o r e s c e n c e i n g u a r d c e l l s t a k e n t o g e t h e r t h e s e r e s u l t s s u g g e s t t h a t h 2 0 2 c o u l d p r o b a b l y a c t a s u p s t r e a m c o m p o n e n t o f n o s i gna l i n g a n d n o n e g a t i v e l y r e g u l a t e h 2 0 2 g e n e r a t i o n i n a b a i n d u c e d s t o m a t a l c l o s u r e i n g u a r d c e l l s k e y w o r d s n o h 2 0 2 a b a s i gna l t r a n s d u c t i o n g u a r d c e l l 3 ff w j k争 2 0 0 4 口不 盈 t sr s e 月 匕 迢 t 2 e 1 前言 1 1气孔保卫细胞的a b a信号转导 植物叶片表皮上由一对保卫细胞构成的气孔控制着植物与大气的气体交换 因而气孔 运动直接影响到植物从外界吸收用于光合作用的 c 0 2 释放出人类和动物生存所必需的 0 2 以及控制植物通过蒸腾失水来促进体内物质运输和调节周围环境气候 正是由于气孔 的生理功能如此重要 所以才能成为植物信号转导研究的模式细胞 s c h ro e d e r 等 2 0 0 1 植物激素a b a参与植物对干旱的应答反应 当土壤干早时 a b a就在叶片中形成并 诱导气孔关闭 这种调节可以使植物通过减少水分的散失来保持体内水分平衡 除此之外 a b a还广泛地参与植物发育 如种子萌发 抗盐 抗渗透胁迫等重 要生理反应 s c h r o e d e r 等 2 0 0 1 1 1 1 a b a受体 早在 1 9 8 4 年就有a b a受体的报道 h o r n b e r g 和w e i l e r 1 9 8 4 的能与a b a结合的蛋白 被发现 p e d r o n 等 1 9 9 8 z h a n g等 1 9 9 9 并且在之后又有不同 但至今没有能提纯 出a b a受体或具有与结合a b a并能发挥a b a生理功能的蛋白 a n d e r s o n 等 1 9 9 4 的研究表明a b a受体不仅存在于胞外同时也存在着胞内作用位 点 z h a n g等的 研究则表明 在玉米中a b a可以 直接调节r n a的 翻译过程 暗示可能存在 胞内的a b a受体 z h e n g 等 1 9 9 8 后来的 研究也为此提供了佐证 l u 等 1 9 9 6 h u g o u v i e u x 等 2 0 0 1 x i o n g 等 2 0 0 1 a d e s ik a n等人则发现在细胞质膜上可能 存在a b a受体 d e s i k a n 等 1 9 9 9 最近y a m a z a k i 等人 2 0 0 3 应用人工合成a b a类似物 生物素a b a b i o a b a 与 荧光标记的抗生物素蛋白研究发现 a b a的结合位点可能位于膜上 或膜外 b i o a b a具 有与a b a类似的结构但不能诱导气孔关闭 在研究中 他们以b i o a b a和生物素抗体蛋白共同处理蚕豆保卫细胞原生质体后 在 激光共聚焦显微镜 l a s e r s c a n n i n g c o n f o c a l m i c r o s c o p e l s c m 下检测发 现 生 物素a b a 生物素抗体蛋白复合体 b i o a b a a v i d i n 发出的荧光主要分布在原生质体质膜上 并且如 果用a b a与b i o a b a同时处理 则荧光强度变弱甚至消失 由于抗体蛋白只有同b i o a b a no可能作为 h o 的下游信号今与翻节 a b a份导的番叉气孔a e 闭跳很 结合才会在c o n f o c a l 下显示荧光 所以以上结果暗示a b a可以与 b i o a b a竞争膜上的结 合位点 y a m a z a k i 等 2 0 0 3 aba b i o aba 图 1 1 a b a和生物索a b a的化学结构图 引自y a m a z a k i 等 2 0 0 3 尽管在a b a受体的研究方面已 经有很多的成果 但是仍没有任何一种a b a受体被分 离提纯 这也是当前a b a研究中的一个鱼待突破的难关 1 1 2 a b a信号转导中的第二信使 迄今为止 已经有多种信号分子被证实参与了 a b a的信号传递过程 包括三磷酸肌 p ff i n o s ito l t r ip h o s p h a t e i p 3 fn 活 性 氧 r e a c t iv e o x y g e n s p e c i e s r o s i p 3 是由 磷脂酶c p h o s p h o l ip a s e c p l c 催化产生的 第二信使 研究证明a b a可 以 激活p l c的基因a t p l c i h i r a y a m a 等 1 9 9 5 但是单独的a t p l c i 不能完全行使a b a 在植物基因表达 种子萌发中的作用 s a n c h e z 和c h u a 2 0 0 1 其它的肌醉磷脂分子也有 参与a b a调节的生理反应 l e m t ir i 等 2 0 0 0 x i o n g 等 2 0 0 1 6 气孔的关闭可被胞内 c 扩 十 浓度升高所激活 a b a可以 通过环腺营酸二磷酸核酮糖 c y c l i c a d e n o s in e d ip h o s p h o r ib o s e c a d p r 或i p 3 诱导胞内 钙的 变化 s c h r o e d e r 等 2 0 0 1 尽管也可能存在钙不依赖的途径 w e b b 等 2 0 0 1 m a c r o b b i e 2 0 0 0 n g 等 2 0 0 1 近来的研究结果说明h 2 o 可能作为a b a的第二信使起作用 p e i 等 2 0 0 0 z h a n g 等 2 0 0 1 r o s作为一种通用的信号分子己经被众多研究所证实 l e e等 1 9 9 9 y a n g 2 0 0 2 在r o s 下游也存在 着m a p k 级联 途径 k o v t u n 等 2 0 0 0 1 1 3 a b a对离子通道的调节 气孔保卫细胞质膜和液胞膜上存在许多离子通道 m a c r o b b ie 1 9 9 8 a s s m a n n a n d s h i m a z a k i 1 9 9 9 s c h ro e d e r 等 2 0 0 1 其中与气孔关闭密切相关是质膜上的离子通道 有诸多证据表明a b a可激活保卫细胞质膜c a 通道和慢激活阴离子通道 a ll e n 等 2 0 0 0 1 h a m i lt o n 等 2 0 0 0 l i 等 2 0 0 0 p e i 等 2 0 0 0 s c h r o e d e r 等 2 0 0 1 c a t 通道的 n of 能作为h 2 0 2 的下落信号参与调节a b a 诱导的鲁z 气孔 日过 结合才会在c o n f o c a l 下显示荧光 所以以上结果暗示a b a 可以与b i o a b a 竞争膜上的结 合位点 y a m a z a k i 等 2 0 0 3 融凹 a b ab i o a b a 淤一 豳1 1 a b a 和生物素a b a 的化学结构图 引自y a m a z a k i 等 2 0 0 3 尽管在a b a 受体的研究方面已经有很多的成果 但是仍没有任何一种a b a 受体被分 离提纯 这也是当前a b a 研究中的一个亟待突破的难关 1 1 2a b a 信号转导中的第二信使 迄今为止 已经有多种信号分子被证实参与了a b a 的信号传递过程 包括三磷酸肌 醇 i n o s i t o lt r i p h o s p h a t e i p 3 和活性氧 r e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s r o s i p 3 是由磷脂酶c p h o s p h o l i p a s ec p l c 催化产生的第二信使 研究证明a b a 可 以激活p l c 的基因a t p l c l h i m y a m a 等 1 9 9 5 但是单独的a t p l c 不能完全行使a b a 在植物基因表达 种子萌发中的作用 s a n c h e z 和c h u a 2 0 0 1 其它的肌醇磷脂分子也有 参与a b a 调节的生理反应 l e m t i r i 等 2 0 0 0 x i o n g 等 2 0 0 1 b 气孔的关闭可被胞内c a 2 浓度升高所激活 a b a 可以通过环腺苷酸二磷酸核酮糖 c y c l i ca d e n o s i n ed i p h o s p h o r i b o s e e a d p r 或i p 3 诱导胞内钙的变化 s c h r o e d e r 等 2 0 0 1 尽管也可能存在钙不依赖的途径 w e b b 等 2 0 0 1 m a e r o b b i e 2 0 0 0 n g 等 2 0 0 1 近来的研究结果说明h 2 0 2 可能作为a b a 的第二信使起作用 p e i 等 2 0 0 0 z h a n g 等 2 0 0 1 r o s 作为一种通用的信号分子已经被众多研究所证实 l e e 等 1 9 9 9 y a n g 2 0 0 2 在r o s 下游也存在着m a p k 级联途径 k o v t u n 等 2 0 0 0 1 1 3a b a 对离子通道的调节 气孔保卫细胞质膜和液胞膜上存在许多离子通道 m a c r o b b i e 1 9 9 8 a s s m a n na n d s h i m a z a k i 1 9 9 9 s c h r o e d e r 等 2 0 0 1 其中与气孔关闭密切相关是质膜上的离子通道 有诸多证据表明a b a 可激活保卫细胞质膜c 扩通道和慢激活阴离子通道 a l l e n 等 2 0 0 0 h a m i l t o n 等 2 0 0 0 l i 等 2 0 0 0 p e i 等 2 0 0 0 s c h r o e d e r 等 2 0 0 1 c a 2 j 蓖道的 6 河南大掌2 0 0 4j 硪士研究生掌崔晴e 文 活化可导致胞外c a 2 内流 从而提高 c a 2 胞质内c r 的升高对质膜内向k 通道的抑制 对质膜慢激活阴离子通道的激活和质膜h a t p a s e 的抑制所形成的长期去极化状况 会引 起质膜外向k 通道的激活和内向k 通道的抑制 均会造成保卫细胞渗透势的下降 从而 引起气孔关闭 1 1 4 a b a 诱导气孔关闭信号转导模式图 图卜2 保卫细胞a b a 信号转导示意图 h e t h e r l n g t o n 2 0 0 1 其中黄色框内的内容代表了已经发 现的a b a 信号链的下游组分 红色框代表参与诱导气孔关闭的可能途径e 1 1 5 展望 保卫细胞a b a 信号转导的研究已取得了重大进展 图1 2 但是 在这样一个复杂 的网络中 各种组分或途径是如何彼此协调 共同调节气孔关闭 它们在a b a 信号转导 中分别处于怎样的时空状态中 在不同的胁迫条件下如何反应 除了己知的组分是否存在 新的信使系统以及它们如何作用 尤其是a b a 受体的存在和位置仍需要进一步的研究来 鉴定 7 n o 9 a e 作为 几仇 的下游信号今句调节 a b a 1 5 9 6 的番a c a c 关闭过很 1 2植物中 h 2 o 的产生及其生理作用 1 2 1植物体内h 2 o 产生机制 植物在胁迫条件 包括高温 低温 机械损伤 渗透胁迫 紫外线辐射等 下可产生 各种活性氧 r o s 分子 包括超氧阴离子 仇一 h 2 0 2 等 目 前 氧对生命的双重性 作用已成共识 植物体内有一种先天的免疫系统 氧化碎发 o x y g e n b u r s t o x b 即植物细胞在 胁迫条件下能迅速产生一些活性氧分子 进而启动体内其他信号级联过程 s i g n a l c a s c a d e 引起特有的生理反应 植物细胞产生活性氧的途径很多 但是有关植物氧化碎发过程中活性氧形成的分子 机制及其作用点目 前仍有争议 有报道认为其主要发生于胞外 由质膜氧化还原系统产 生 另外植物细胞壁中的过氧化物酶和叶绿体复合体 i p s i 也可能与植物氧化碎发有 关 质 膜电 子 传 递 系 统 和 氧 化 还 原 系 统 p l a s m a m e m b r a n e r e d o x s y s t e m p m r s 普 遍 存 在于原核生物及所有动物体内 产生 氧自 由 基 仇 的n a d p h氧化酶既是p m r s 的一 个重要成分 0 2 跨膜传导的可能性很小 但可被超氧化物歧化酶 s u p e r o x i d e d i s m u t a s e s o d 歧化产生h 2 0 2 进入膜内 除质膜n a d p h氧化酶外 h 2 q也可由一种 州依 赖的 细 胞 壁 过 氧 化物 酶 p e r o x id a s e p o d 产 生 在 病原 菌 作 用下 质 外体p h 伴随 细胞 膜上离 子的 跨模转运而升 高 进而激 活了p h依赖的 细胞壁过 氧化物酶 在该酶的 作用 下 0 2 迅 速被还原为q知 场仇 质膜上n a d p h氧化酶可与 胞壁p o d起串 联 作 用 另外 在植物细胞中 光合电子传递系统是植物细胞中 r o s的一个重要来源 尤 其在各种胁迫 强光 干早 低温等 条件下 这些r o s 是光电子传递不可避免的产物 1 2 2 h 2 o 在植物体内的生理作用及其信号转递 h 2 0 2 在植物体内具有重要而广泛的生理生化作用 它可直接作用于蛋白质 脂类 多糖和核酸 参与和影响多种生物代谢体系 如增强植物的抗病性 诱导气孔关闭 促进次 生壁的分化等 n of 艉作为h 2 0 2 的t 游信 参与 节a b a 辱的l l 日t l e s h e m和h a r a m a t y 1 9 9 6 m o r o t g a u d ry 等 1 9 9 6 n o可以抑制某些植物衰老 l e s h e m 2 0 0 1 n o可以 诱导多种植物种子萌发 b e li g n i 和l a m a tt i n a 2 0 0 0 1 3 3 2 n o和非生物胁迫 n o 参与植物对干早胁迫的反应 千早时 n o在植物根部积累 n o诱导气孔关闭 n e i l l 等 2 0 0 2 g a r c i a ma t s 和l a m a t t i n a 2 0 0 2 n o参与a b a的反应 因为n o清除剂可以 阻止a b a在植物体内的积累 z h a o 等 2 0 0 1 n o参与植物对高温和冷害的反应 短暂的高温刺激诱导n o 在植物中的产生 l e s h e m 2 0 0 1 n o 介导了一些植物对冷害的反应 l a m a t t i n a 等 2 0 0 1 n o 参与植物对紫外线照射损伤的反应 利用n o供体和n o s 抑制剂m a c k e m e s s 2 0 0 1 等人发现查尔酮 c h a l c o n e 含量通过一个类似n o s 的 酶的调节而升高 1 3 3 3 n o与植物的抗病性 d e l l e d o n n e等人 1 9 9 8 用假单胞菌处理 发现植物中的n o含量有所升高 并且n o 供体可以 诱导 植株中 笨丙氨 酸裂解酶 p h e n y la l a n i n e a m m o n i a ly a s e p a l 和 查尔 酮合酶 c h a lc o n e s y n t h a s e c h s 基因的 表达 3 可 洲 or a 学 2 0孙 a 日 a 改 d 七 军 开 七 目 匕 肖 卜 t 立 洲 仑 七 d u rn e r 等 1 9 9 8 证实用n o供体处理可以诱导烟草叶片中水杨酸 s a l i c y l i c a c i d s a 产生和p r 1 基因的表达 m o d o lo 等人 2 0 0 2 发现n o诱导大豆子叶中 植物 抗毒素 p h y t o a l e x in s 的合成 1 3 3 4 n o和细胞凋亡 b e l i g n i 等 2 0 0 2 证明n o在植物激素引 起的细胞凋亡中表现出 抗氧化物的作用 p e d r o s o 等 2 0 0 0 利用n o s 抑制剂和n o清除剂来清除植物体内n o 发现植物细 胞不能表现出程序性死亡的过程 d e p i n t o 等 2 0 0 2 在n o处理后的植株中发现一些清除抗坏血酸和谷肤甘肤 g s h 的酶失活了 因而使细胞的凋亡被抑制 1 3 4 n o的信号转导 1 3 4 1 n o信号转导途径中的主要成分 已经有证据表明 c g m p参与了 n o 的信号转导 n o通过与可溶性鸟普酸环化酶 s o lu b a l e g u a n ly l c y c la s e s g c 中的 血红素结合导致该酶被激活 进而催化g d p 产生c g m p h a n c o c k 1 9 9 7 c a d p r 是n o 信号 转导中的 下 游分 子 c a d p r 可以 激活下游的 信号 比 如钙从植物细胞的 钙库 内 质网 或液泡 释放出 来 a l l e n 等 1 9 9 5 l e c k i e 等 1 9 9 8 某些蛋白 磷酸酶 p ro t e in p h o s p h a t a s e s 和蛋白 激酶 p ro t e in k in a s e s 是n o和c g m p 依赖的 有证据表明n o可以 激活 拟南芥 a r a b i d o p s is t h a li a n a 和烟草 n i c o d a n n a t a b a c u m 中的蛋白 激酶 k u m a r 和k le s s ig 2 0 0 0 实际 上n o所 激活的 蛋白 激酶 被 证明 是s i p k s a l ic y l i c a c i d i n d u c e d p r o t e in k in a s e 因为以 n a h g转基因植株为材料进行实验 结果显示该植株不能由 n o诱导产生 s i p k du n n e r 1 9 9 8 环核 昔酸介导的 离 子 通道 c y c l i c n u c l e o t i d e g a t e d io n c h a n n e l s c n g c s 也 可能是n o 的下游组分 d e s i k a n 等 2 0 0 2 0 n o可能直接和与基因转录相关的蛋白 质中的含铁的血红素以 及其它金属基团或者疏 基 s h 进行硝基化反应引起某些基因的 转录或者使某些基因失活 d o n n e r 1 9 9 8 k u m a r n o sl y 作为 h 0 的下游佑咨今与 节 a b a协导的番豆气孔关闭沈租 和k l e s s ig 2 0 0 0 1 3 4 2 n o在植物抗逆中的信号转导模式图 图示参与植物激素调节的信号网络 n o 和其他一些与抗逆反应相关的信号 在逆境条 件下 植物激素的信号转导途径被激活 g 蛋白将生长素 赤霉素 脱落酸和细胞分裂素调 节的反应进行信号转换 而n o 则作为触发生理代谢反应的枢纽调节这些激素信号的转导 这种调 节功能至少可以 通过以 下三条途径来实现 a 一个依赖c g m p 的 经由 c a d p r 介导的胞 内 钙 c a 2 n 变 化途 径 b 不依 赖 c g m p 的 途 径 n o 通 过 对 靶蛋白 进 行 硝 基 化 直 接作 用 于 钙通道 c 通过活化下游m a p k n o 参与植物的许多发育过程和生理适应反应 n o 可 能 还通 过 c g m p a n d c a t 部 分 模 拟光 敏素 p h y t o c h r o m e 的 信号 转导 途 径 n e i l l 等 2 0 0 3 目 b iod c a ma w a lic l a m i 口 亩 gp ro t e k n g a 1 阔 引1 cgi de跳 t gc 讯刀叫 i c c a w lc c e a a a i 口 洲 翻 洲 犷 节 价 i l吧 篡黔 i 图 1 6植物在逆境下激素 n o和其他胞内信使的信号网络示意图 n e i l l 等 2 0 0 3 1 4 a b a h 2 o 和n o信号转导的 联系 植物气孔保卫细胞脱落酸 a b s c i s i c a c i d a b a 信号转导一直是人们研究的热点 s c h r o e d e r 等 2 0 0 1 h e t h e r in g t o n 2 0 0 1 最近一系列的 研究显示过氧化氢 h y d r o g e n p e r o x id e h 2 0 2 作 为 信 号 分 子 在 a b a 诱 导 的 气 孔 关 闭 过 程 中 起 重 要 作 用 如 激 活 质 膜 c a 通道 p e i 等 2 0 0 0 m u r a t a 等 2 0 0 1 抑制质膜外向 k 通道 z h a n g 等 2 0 0 1 b 以 及诱 5 9 w k 2 0 0 4 a jr 口 d 卜 布 开 记 月 匕 理 卜 亡 立 白 仑 j 忆 导胞质碱化 z h a n g 等 m i t o g e n a c t i v a t e d 2 0 0 3 0 2 0 0 1 a 等 另外 我们最新的研究表明 促细胞分裂原活化蛋自 p r o t e i n k i n a s e m a p k 也 参与调节a b 诱导玩o z 产生的 过程 j i a n g n o n i t r i c o x i d e n o 已 被证明 作为第二信使广泛参与血管扩张 神经传递 免疫和 细胞毒性等动物细胞信号转导过程 f u r c h g o tt 1 9 9 5 同时己有的研究结果表明 n o 不 仅和h 2 0 2 协同 作用参与植物应答生 物胁迫的反应 d a n g l 1 9 9 8 而且在非生物胁迫中 也 起重要作用 如 n o 和活性氧 re a c t iv e o x y g e n s p e c i e s r o s 相互作用调节根源逆境信 号诱导的a b a 合成 z h a o 等 2 0 0 1 n o 可增强植物的耐早性 g a r c i a ma t a 和l a m a tt i n a 2 0 0 1 以 及清除强光诱导的 r o s 主要成分是h z o z 以 减轻植物的光氧化胁迫伤害 b e l ig n i 和l a m a tt i n a 2 0 0 2 等 目 前有陆续报道表明 n o 作为信号分子参与保卫细胞a b a 信号转导 过程 d e s i k a n 等 2 0 0 2 g a r c i a ma t e 和l a m a tt i n a 2 0 0 2 n e i l l 等 2 0 0 2 2 0 0 3 n o 对气 孔运动也有影响 其调节气孔运动的 机制可能是通过激活质膜c 1 通道 抑制质膜内向 k 通 道 g a r c i a ma t a 等 2 0 0 3 以 及调节保卫细胞m a p k 的活性 l a m a tt i n a 等 2 0 0 3 d e s i k a n 等 2 0 0 4 等 在植物中 n o和h 2 0 2 的相互作用已有报道 n e i l l 等 2 0 0 2 b d e s i k a n 等 2 0 0 4 d e l l e d o n n e等揭示在蚕豆悬浮细胞中诱导细胞超敏感死亡需要 n o 和 r o s平衡的产生 d e l l e d o n n e 等 1 9 9 8 l u m等发现在绿豆 p h a s e o l u s a u r e u s 保卫细胞 h 2 0 2 作为上 游信号诱导n o的产生 他们还发现a b a诱导的n o产生是经由c a t 介导的 因为此过 程 可以 被c a 通道阻 断 剂 异博 定 v e r a p a m i l 所 抑 制 l u m等 2 0 0 2 m u r a t a 等 和d e s ik a