磷脂酰肌醇3-磷酸在紫外B辐射、乙烯或暗诱导蚕豆气孔关闭中的作用

论文摘要

有文献表明保卫细胞对脱落酸（ABA）应答的过程中,通过NADPH氧化酶产生活性氧进而诱导气孔关闭。本实验室已经证明紫外中UV-B辐射能够诱导保卫细胞中过氧化氢（H2O2）（一种活性氧）的生成,从而引起气孔关闭,但是其产生H2O2是通过细胞壁过氧化物酶途径,乙烯也能通过细胞壁过氧化物酶途径生成H2O2中,这与ABA诱导H2O2产生的酶学途径不同。本实验室还证明暗诱导气孔关闭也是通过NADPH氧化酶途径产生H2O2从而引起气孔关闭的。另有研究表明,在ABA诱导气孔关闭的信号转导途径中,磷脂酰肌醇3-磷酸（PI3P）参与了该信号转导过程,且作用机理是PI3P通过与NADPH氧化酶结合,从而激活NADPH氧化酶活性进而生成H2O2。关于PI3P是否也参与UV-B、乙烯和暗诱导气孔关闭信号途径,以及在这些过程中与H2O2的关系如何,却尚未见报道。一氧化氮（NO）作为信号分子参与保卫细胞信号转导的研究已经很广泛。有研究表明保卫细胞中NO的产生主要来源于一氧化氮合酶（NOS）途径。本实验室已证明UV-B、乙烯和暗诱导气孔关闭途径中均有NO参与,但是NO和PI3P在调控气孔运动的过程中相互关系如何尚没有相关研究。本论文以蚕豆表皮条为实验材料,借助表皮条生物学分析法和激光扫描共聚焦显微镜检技术,主要探讨了PI3P在UV-B、乙烯、暗诱导气孔关闭信号途径中的作用及其与H2O2和NO的关系,旨在进一步完善UV-B、乙烯、暗诱导气孔关闭的信号转导途径,也为探明PI3P在植物细胞信号转导途径中的作用和信号网络积累资料和奠定基础。本文的主要结果如下:1.PI3P是磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）的催化产物,PI3K的两种抑制剂沃曼青霉素（WM）、LY294002（LY）能显著抑制UV-B辐射诱导的气孔关闭,说明PI3P参与了UV-B诱导气孔关闭途径。通过测定保卫细胞内源H2O2水平可知,PI3K的两种抑制剂也能显著降低UV-B辐射下保卫细胞内源H2O2水平的升高;同时,WM、LY抑制UV-B诱导的气孔关闭效应也能被外源H2O2处理有效逆转。由于前人工作表明UV-B诱导H2O2产生是通过细胞壁过氧化物酶途径,我们由此推断PI3P参与UV-B途径的作用机制可能是通过影响细胞壁过氧化物酶影响了保卫细胞内H2O2的生成。2.PI3K的两种抑制剂WM、LY能显著降低UV-B辐射下保卫细胞内源NO水平的升高;同时,WM、LY抑制UV-B诱导的气孔关闭效应也能被外源硝普钠（SNP,NO的一种供体）处理有效逆转,说明PI3P在NO上游起作用。因为NO合成是通过NOS途径,所以推测PI3P可能是通过影响NOS途径影响保卫细胞内NO的生成。3.PI3K的两种抑制剂WM、LY能显著抑制外源乙烯诱导的气孔关闭,且它们也能显著降低外源乙烯诱导的保卫细胞内源H2O2水平的升高;同时,WM、LY抑制外源乙烯诱导气孔关闭的效应也能被外源H2O2处理有效逆转。说明PI3P参与乙烯信号途径,并影响了保卫细胞内H2O2的生成。4.PI3K的两种抑制剂WM、LY能显著降低外源乙烯诱导的保卫细胞内源NO水平的升高;同时,WM、LY的抑制外源乙烯诱导气孔关闭的效应也能被外源SNP处理有效逆转。说明PI3P能够影响乙烯诱导的保卫细胞中NO的生成。5.PI3K的两种抑制剂WM、LY能显著抑制暗诱导的气孔关闭,且它们也能显著降低暗诱导的保卫细胞内源H2O2水平的升高;同时,WM、LY抑制暗诱导气孔关闭的效应也能被外源H2O2处理有效逆转。说明PI3P参与了暗诱导的气孔关闭,作用机理和ABA途径一样,是通过影响NADPH氧化酶途径影响保卫细胞内H2O2的生成。6.PI3K的两种抑制剂WM、LY能显著降低暗诱导的保卫细胞内源NO水平的升高;同时,WM、LY抑制暗诱导气孔关闭的效应也能被外源SNP处理有效逆转。说明PI3P参与了暗诱导的保卫细胞中NO的生成。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 植物气孔保卫细胞
• 1.1.1 保卫细胞的结构特点
• 1.1.2 气孔对ABA信号响应的机制
• 1.1.3 保卫细胞内的第二信使
• 1.2 UV-B辐射
• 1.2.1 UV-B辐射增强
• 1.2.2 UV-B辐射增强对植物的影响
• 1.3 乙烯
• 1.3.1 乙烯概况
• 1.3.2 乙烯的合成
• 1.3.3 乙烯受体
• 1.3.4 乙烯在植物体内的生理作用
• 1.3.5 乙烯在气孔运动中的作用
• 1.4 暗
• 2O₂'>1.5 H₂O₂
• 2O₂的性质'>1.5.1 H₂O₂的性质
• 2O₂的产生与清除'>1.5.2 H₂O₂的产生与清除
• 2O₂在气孔运动中的作用'>1.5.3 H₂O₂在气孔运动中的作用
• 1.6 NO
• 1.6.1 NO的产生
• 1.6.2 NO在气孔运动中的作用
• 1.7 肌醇磷脂信号
• 1.8 论文的选题目的和意义
• 第2章 材料与方法
• 2.1 材料、试剂及主要仪器
• 2.1.1 植物材料
• 2.1.2 主要试剂
• 2.1.3 仪器
• 2.2 方法
• 2.2.1 材料培养及表皮条的制备
• 2.2.2 UV-B辐射处理
• 2.2.3 UV-B辐射和各种抑制剂对离体表皮条气孔运动影响的实验处理
• 2.2.4 气孔开度的测量和数据的处理
• 2O₂和NO水平的激光共聚焦显微镜测量'>2.2.5 保卫细胞内源H₂O₂和NO水平的激光共聚焦显微镜测量
• 第3章 实验结果与分析
• 2O₂的关系'>3.1 磷脂酰肌醇3-磷酸（PI3P）在UV-B辐射诱导气孔关闭过程中的作用及其与H₂O₂的关系
• 3.1.1 WM、LY对UV-B诱导的气孔开度的影响
• 2O₂对WM、LY抑制UV-B诱导气孔关闭作用的逆转'>3.1.2 H₂O₂对WM、LY抑制UV-B诱导气孔关闭作用的逆转
• 2O₂水平的影响'>3.1.3 UV-B辐射和WM、LY对保卫细胞内源H₂O₂水平的影响
• 3.2 PI3P在UV-B辐射诱导气孔关闭通路中与NO的关系
• 3.2.1 外源硝普钠（SNP）对WM、LY抑制UV-B诱导气孔关闭作用的逆转
• 3.2.2 UV-B辐射和WM、LY对保卫细胞内源NO水平的影响
• 2O₂的关系'>3.3 PI3P在乙烯诱导气孔关闭通路中的作用及其与H₂O₂的关系
• 3.3.1 PI3P能够参与乙烯诱导气孔关闭途径
• 2O₂对WM、LY抑制乙烯诱导气孔关闭作用的逆转'>3.3.2 H₂O₂对WM、LY抑制乙烯诱导气孔关闭作用的逆转
• 2O₂水平的影响'>3.3.3 乙烯和WM、LY对保卫细胞内源H₂O₂水平的影响
• 3.4 PI3P在乙烯辐射诱导气孔关闭通路中与NO的关系
• 3.4.1 SNP对WM、LY抑制乙烯诱导气孔关闭作用的逆转
• 3.4.2 乙烯和WM、LY对保卫细胞内源NO水平的影响
• 2O₂的关系'>3.5 PI3P在暗诱导气孔关闭通路中的作用及其与H₂O₂的关系
• 3.5.1 PI3P能够参与暗诱导气孔关闭途径
• 2O₂对WM、LY抑制暗诱导气孔关闭作用的逆转'>3.5.2 H₂O₂对WM、LY抑制暗诱导气孔关闭作用的逆转
• 2O₂水平的影响'>3.5.3 暗和WM、LY对保卫细胞内源H₂O₂水平的影响
• 3.6 PI3P在暗诱导气孔关闭通路中与NO的关系
• 3.6.1 SNP对WM、LY抑制暗诱导气孔关闭作用的逆转
• 3.6.2 暗和WM、LY对保卫细胞内源NO水平的影响
• 第4章 讨论
• 2O₂的上游起作用'>4.1 PI3P:参与UV-B辐射诱导气孔关闭信号转导途径,并在H₂O₂的上游起作用
• 4.2 PI3P参与UV-B辐射诱导气孔关闭信号转导途径,并在NO的上游起作用
• 2O₂的上游起作用'>4.3 PI3P参与乙烯诱导气孔关闭信号转导途径,并在H₂O₂的上游起作用
• 4.4 PI3P参与乙烯诱导气孔关闭信号转导途径,并在NO的上游起作用
• 2O₂的上游起作用'>4.5 PI3P参与暗诱导气孔关闭信号转导途径,并在H₂O₂的上游起作用
• 4.6 PI3P参与暗诱导气孔关闭信号转导途径,并在NO的上游起作用
• 第5章 总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间研究成果