CO通过NO信号上调抗氧化防护和维持离子稳态来提高小麦幼苗耐盐性

论文摘要

CO在哺乳动物研究中被认为是一种调控一系列生理过程的重要内源气体信号分子,并且这些调控过程往往是通过NO信号来介导,但CO在植物逆境响应方面研究还比较少。本研究发现150 mM NaCl胁迫以时间进程方式诱导了小麦幼苗根部CO合成酶-血红素加氧酶（HO EC 1.14.99.3）活性上升并导致内源CO含量增加。继而用外源CO处理来模拟内源CO的变化,我们发现外源50%饱和溶液与150 mM NaCl共处理（S+50%CO）不仅能提高小麦幼苗根部CO含量,还能明显缓解由胁迫导致其生长减缓和相对含水量的下降。一氧化氮供体硝普钠（SNP,S+0.1SNP）和脂多糖乙二胺四乙酸二钠/一氧化氮（DETA/NO,S+DETA/NO）处理能得到与上述CO处理相类似的生物学表型,而SNP降解产物NO2-/NO3-和SNP类似物KFe3（CN）6KFe4（CN）6与盐共处理（S+NO2-/NO3-;S+KFe3（CN）6/KFe4（CN）6）则更加抑制小麦幼苗的生长。此外,CO与SNP还能上调小麦幼苗根部质膜ATP酶（PM H+-ATPase）、液泡膜ATP酶（V H+-ATPase）和液泡膜焦磷酸酶（V H+-PPase）等与维持离子稳态相关的酶类及抗坏血酸过氧化物酶（APX）、谷胱甘肽还原酶（GR）、超氧化物歧化酶（SOD）、单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）和双脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）等抗氧化防护酶的活性并增加相关酶编码基因的转录本,从而提高幼苗根部的K/Na和缓解盐胁迫造成的氧化损伤。进一步的研究发现,CO的这种生物学功能很可能与NO有关,因为结合采用CO/NO清除剂血红蛋白处理（Hb,S+50%CO+Hb）、NO清除剂亚甲基蓝处理（MB,S+50%CO+MB;S+50%CO+0.1SNP+MB）或动物一氧化氮合酶（NOS）抑制剂NG-硝基-L-精氨酸甲酯处理（L-NAME,S+50%CO+NAME）都不同程度地逆转了CO的各种缓解效应。更重要的是,CO能通过模拟SNP的作用来诱导小麦幼苗根尖大量释放NO,而组合L-NAME（S+50%CO+NAME）和2-（4-羧基苯）-4,4,5,5-四甲基咪唑-1-氧-3-氧化物（cPTIO,S+50%CO+cPTIO）处理则猝灭CO诱导的NO产生。上述研究表明,CO通过NO信号上调小麦幼苗根部抗氧化防护和维持离子稳态来提高耐盐性。

论文目录

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• 缩略词表
• 第一章 文献综述
• 第一节 植物盐害的表现
• 1. 生理干旱
• 2. 单盐毒害
• 3. 生理代谢紊乱
• 第二节 植物的盐适应及机理
• 1. 植物的避盐机理
• 2. 植物的耐盐机理
• 第三节 一氧化氮（NO）的研究进展
• 1. NO的主要功能
• 2. NO产生途径研究的进展
• 3. NO的信号转导
• 第四节 一氧化碳（CO）的研究进展及开展本研究的目的和意义
• 1. 动物研究中HO/CO信号系统的进展
• 2. 植物体内CO的发现史及HO的研究进展
• 3. 开展本研究的目的和意义
• 第二章 材料与方法
• 1. 材料培养
• 2. 试剂
• 3. 材料处理
• 4. CO饱和水溶液的制备
• 5. 利用气质联用仪（GC-MS）检测CO的含量
• 6. 血红素加氧酶的提取和活性检测
• 7. 小麦的总生物量、地上及地下部的相对生长量和相对含水量的分析
• 8. TBARS和质膜透性的测定
• 9. 抗氧化酶活性的测定
• 10. 用活性梯度PAGE检测SOD同工酶
• +-ATPase和PPase活性的测定'>11. H⁺-ATPase和PPase活性的测定
• 12. 蛋白质含量的分析
• 13. 总RNA的提取和半定量RT-PCR
• 14. 离子含量的检测
• 15. X-射线微区分析
• 16. LSCM分析NO的分布
• 17. 采用Greiss试剂测量NO的含量
• 18. 统计分析
• 第三章 结果与分析
• 1. 盐胁迫诱导CO释放和HO活性的提高
• 2. 外源CO可以提高小麦幼苗的耐盐性
• 3. 脂质过氧化和质膜透性的变化
• 4. CO诱导NO的产生
• 5. 抗氧化酶活性及其转录本变化
• 6. K/Na及其相关酶编码基因转录本和活性变化
• 第四章 讨论
• 1. CO缓解盐毒害效应
• 2. 上调抗氧化防护和维持离子稳态:CO提高耐盐性的两种重要机制
• 3. CO/HO和NO在植物耐盐信号转导中的可能联系
• 参考文献
• 研究生期间发表的研究论文
• 致谢