硫化氢（hydrogen sulfide,H₂S）是继一氧化氮（nitric oxide,NO）与一氧化碳（carbon oxide,CO）之后的第三种气体信号分子,在动植物体内可以内源性地产生,而且发挥着重要的生理功能。在植物中,H₂S调控生长发育以及对生物胁迫和非生物胁迫的响应等生理过程。H₂S能够增加植物对干旱胁迫与冷胁迫的抵御能力,然而其深入的分子机制还未完全得到阐述。促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAPK）是真核生物中保守存在的信号转导组分,能够传递生长发育信号以及环境刺激信号从而引起细胞响应,在植物响应干旱胁迫和冷胁迫的过程中发挥着重要的作用。然而在植物中H₂S与MAPK之间的关系还未得到揭示。本研究以拟南芥为材料,探索了干旱胁迫与冷胁迫下H₂S与MAPK之间的关系,主要结果如下:1.干旱胁迫诱导了内源H₂S的生成以及MAPK的基因表达,而在H₂S生成关键酶编码基因缺失的双突变体lcd/des1中MAPK基因表达量在干旱胁迫后下降。NaHS（H₂S供体）处理上调了MAPK基因尤其是MPK4的表达水平,所以选择MPK4为主要研究对象并获得了mpk4突变体用于随后的研究。在WT中H₂S能够缓解干旱胁迫造成的损伤,而在mpk4中H₂S对干旱胁迫的缓解作用被抑制。H₂S对气孔运动的调控过程需要MPK4的参与。随后我们检测了H₂S与MPK4在脱落酸（abscisic acid,ABA）与过氧化氢（hydrogen peroxide,H₂O₂）调控的气孔运动过程中的作用,发现ABA与H₂O₂介导的气孔运动在lcd/des1与mpk4中均受到抑制。H₂S诱导的气孔关闭过程在slac1-3中被抑制。以上结果说明在干旱胁迫响应以及气孔运动过程中MPK4是H₂S的下游组分,而且H₂S-MPK4级联参与了ABA调控的气孔运动过程来缓解干旱胁迫。2.在H₂S生成关键酶编码基因缺失的单突变体des1与lcd中,MAPK的基因表达量降低。冷胁迫对MAPK基因表达的诱导作用在des1与lcd中被抑制。H₂S缓解冷胁迫的能力在mpk4中被抑制。H₂S与MPK4能够调控冷胁迫响应基因ICE1（inducer of CBF expression 1）、CBF3（C-repeat-binding factors）、COR15A（cold responsive 15A）与COR15B（cold responsive 15B）的表达。H₂S抑制了冷胁迫下的气孔张开过程,而这个作用在mpk4中被抑制。以上结果说明在H₂S缓解冷胁迫的过程中,MPK4是重要的下游组分,H₂S与MPK4通过调节冷胁迫响应基因的表达以及气孔运动来帮助植物抵御冷胁迫。3.mek2突变体中H₂S缓解冷胁迫的能力没有受到影响。MEK2蛋白不能发生巯基化修饰。MPK4蛋白有本底巯基化信号,而且NaHS处理能够增加MPK4的巯基化水平。以上结果说明在H₂S缓解冷胁迫的过程中不通过MEK2而是通过巯基化修饰直接作用于MPK4发挥作用。4.NaHS处理能够上调生物钟相关基因CCA1（circadian clock associated 1）和PRR9（pseudo-response regulator 9）的表达,而且在lcd/des1中,CCA1与PRR9的峰值表达时间明显滞后。CBFs（C-repeat binding factors）是受CCA1调控的冷胁迫响应基因,其表达也受H₂S的调控,lcd/des1中CBF1和CBF3的峰值表达时间延迟,同时在lcd/des1中CBF1、CBF2和CBF3都下调表达。lcd/des1幼苗对冷胁迫表现出更高的敏感性。对拟南芥内源H₂S生成关键酶编码基因LCD（L-cysteine desulfhydrase）与DES1（desulfhydrase 1）的节律性进行了初步的探索发现,LCD的表达在1 d内没有明显的变化,而DES1的表达有明显的节律性,在早上8:00达到峰值。在lcd/des1中,MPK3、MPK4与MPK6的昼夜表达模式发生改变。以上结果说明H₂S能够通过调节CCA1与PRR9基因的表达调控生物钟,进而影响下游靶标CBFs基因的表达以增加拟南芥对冷胁迫的耐受性。综上,我们发现在拟南芥响应干旱胁迫与冷胁迫的过程中,H₂S与MAPK之间存在紧密的关系,MAPK家族的成员MPK4是H₂S的重要下游组分,H₂S能够直接巯基化修饰MPK4来发挥生理作用,帮助植物增加对干旱胁迫与冷胁迫的抗性。