H2S信号与钙信号交互作用对烟草细胞耐热性的调控

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植物固着生长的特性,导致了其在生长发育过程中往往会遭受各种各样的胁迫,包括生物胁迫和非生物胁迫。在诸多胁迫中,高温是影响植物生长、发育和产量的主要胁迫因子。因此弄清植物耐热性的机理具有重要的科学意义和农业指导意义。本文以烟草悬浮培养细胞为材料,研究硫化氢(H2S)与钙信号的交互作用及其对烟草细胞耐热性的调控。实验结果如下:通过外源施加CaCl2、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)、氯化镧(LaCl3)上调和下调细胞内的Ca2+水平,发现上调Ca2+水平可增加细胞内源H2S水平,而降低外源H2S水平。用EGTA和LaCl3下调Ca2+水平,则结果相反。反过来,外源施加NaHS和炔丙基甘氨酸(PAG)上调和下调细胞内H2S水平,测定细胞内源(细胞内)和外源(细胞培养基)Ca2+水平的变化,结果表明,上调H2S水平,可增加细胞的内源Ca2+水平,而降低外源Ca2+水平。下调H2S水平,则结果相反。表明烟草细胞中H2S和钙信号的确存在交互作用,并且这种交互作用需要Ca2+跨膜进入细胞。此外,用不同浓度的CaCl2、EGTA、钙调素(CaM)和三氟拉嗪(TFP)处理烟草悬浮细胞,通过测定细胞内H2S合成关键酶L-半胱氨酸脱巯基酶(LCD)和乙酰丝氨酸硫解酶(OAS-TL)活性变化情况,发现上调Ca2+和CaM水平可增强细胞内这两种酶的活性,反之则降低它们的活性。暗示钙信号通过调节H2S合成酶的活性,调控烟草细的H2S水平。通过用不同浓度的NaHS、PAG、CaCl2、EGTA、LaCl3和CaM处理烟草悬浮细胞4 h后,并43℃热胁迫处理7 h。通过测定细胞存活率、细胞活力、丙二醛(MDA)含量及再生能力。结果表明,上调H2S、Ca2+和CaM水平能够显著增加热胁迫后细胞的存活率。反之,则降低细胞的存活率。此外,同时上调细胞中Ca2+和CaM水平能够进一步提升NaHS诱导的烟草细胞在热胁迫下的存活率、细胞活力和再生能力,而降低MDA含量。上调细胞中H2S水平,能够进一步提升Ca2+诱导的烟草细胞在热胁迫下的存活率、细胞活力和再生能力,而降低MDA含量。这些结果表明,在植物耐热性形成中,存在H2S和钙信号的交互作用。
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