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综述 | 华中农大薛绍武课题组总结硫化氢调控植物气孔运动及缓解逆境胁迫的作用机理

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

        2021年3月15日,华中农业大学生命科学技术学院的薛绍武课题组在Plant Communications 在线发表题为 “Interplay between Hydrogen Sulfide and Other Signaling Molecules in the Regulation of Guard Cell Signaling and Abiotic/Biotic Stress Responses” 的综述文章,系统总结了H2S在调控气孔运动中与多种信号之间的信号串扰,尤其是与NO, H2O2间多维信号交叉,并且梳理了H2S缓解逆境胁迫的经典机制

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        气孔作为高等植物特有的器官,它的开闭直接影响着植物与外界环境的水、气交换。组成气孔的保卫细胞能够敏锐地感知生物与非生物逆境的胁迫、转导特异胁迫信号、及时调控气孔开度,从而更高效地维系植物的生长与发育。大量的研究显示,多种信号组分参与其中,如:植物激素、渗透介质、信号分子、信号受体、蛋白激酶、活性氧(ROS)、Ca2+信号和离子通道等,他们共同调控着气孔运动。

        硫化氢(H2S),是一种有臭鸡蛋气味的有毒气体,也是继一氧化氮(NO),一氧化碳(CO)之后第三种气体信号分子,广泛参与了人、哺乳动物、真菌、细菌和植物等生物体内的信号调控与转导。植物中,H2S不仅参与了种子萌发、根伸长、开花、衰老和果实成熟等发育过程;也参与了干旱、盐碱、水涝、冻、热、毒金属和病原菌等生物与非生物逆境胁迫响应过程。近十年来,H2S对气孔运动的多维调控模式被越来越多地解析和报道。

 
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图1 H2S调节气孔运动的信号网络

 

        在这篇文章中,作者着重介绍了H2S在调控气孔运动中重要的作用机理。十年前,H2S被发现参与调控气孔运动。近来,在解析H2S的作用机制的过程中,逐渐发现其与多种植物激素息息相关,其中最主要的是H2S与ABA之间的信号“缠绕”。H2S产生酶DES1响应ABA信号后通过“自巯基化”放大H2S信号。之后,通过半胱氨酸的巯基化修饰激活RBOHD、SnRK2.6/OST1和ABI4,进而介导气孔关闭。另外,H2S信号也参与了植物激素乙烯(ET),水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)介导的气孔运动过程中。

       在调控气孔运动过程中,H2S信号与NO和H2O2信号“亦敌亦友”,存在多维度的信号交叉,不仅从生理生化角度相互调控,相互制约,因其发生的蛋白半胱氨酸(硫醇)位点的翻译后修饰(PTM:巯基化,亚硝基化,磺化)也存在着相互竞争,相互转化。H2S调控气孔的机制还包括改变保卫细胞内外的离子平衡,反映在H2S调控质膜和液泡膜上的多种离子转运过程。此外,气孔运动过程中还涉及了H2S对保卫细胞内能量代谢(ATP),细胞膜(PA、PC),细胞壁和细胞骨架(微丝、微管)稳定性的动态调控。

        最后,作者还简析了H2S参与植物逆境的过程,并分享道:内源H2S的实时监测、H2S产生酶的转录模式、H2S介导的巯基化修饰和H2S调控的离子通道都是未来大有可为的研究方向。

        本文第一单位为华中农业大学·生命科学技术学院。华中农业大学·生命科学技术学院博士研究生刘海第一作者,薛绍武教授为通讯作者。此项工作得到了国家自然科学基金和中央高校基础研究基金资助。

 

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        薛绍武教授实验室主要以模式植物拟南芥为对象,研究脱落酸、二氧化碳、一氧化氮和硫化氢等分子的细胞信号传导机制;分析鉴定植物转运体、离子通道的功能;以及重金属吸收转运机制。在Nature PlantMolecular PlantPNASEMBO J等国际知名学术期刊发表多篇论文。