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植物中半耽氨酸脱疏基酶(L-cysteine desulfhydrases,DES1;EC 4.4.1.28),是产生硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)的重要酶类。大量的研究表明H2S可以作为气体信号分子参与生物体内的多种生理生化及信号传导过程,但目前对于保卫细胞内产生硫化氢及其信号转导途径的认识还十分有限。血红素加氧酶(heme oxygenase,HO;EC 1.14.99.3)是一类能催化血红素(heme)分解产生一氧化碳(carbon monoxide,CO)和胆绿素(biliverdin,BV)的酶,研究发现它在植物抵御多种非生物胁迫过程中起着重要的枢纽作用。我们先前的结果发现拟南芥HY1与ABI4(Abscisic acid-insensitive 4)存在质体反向信号传递,且HY1可负调控ABI4转录因子参与干旱胁迫响应。但这一过程具体信号传导机制并不清楚。本研究通过采用药理学、遗传学以及分子生物学等多种手段探究了拟南芥DES1是否参与HY1-ABI4信号途径以及其在干旱胁迫响应过程中的作用。主要结果如下:1.HbS参与ABA调控的拟南芥气孔运动。脱落酸(abscisic acid,ABA;5 μM)和H2S供体硫氢化钠(sodium hydrosulfide,NaHS:100 μM)可以诱导野生型拟南芥气孔发生关闭,增强保卫细胞内H2S荧光强度。但是ABA无法诱导拟南芥des1突变体气孔关闭,且该突变体对ABA不敏感的表型可以被H2S供体回补,保卫细胞内H2S荧光强度也增强;野生型拟南芥保卫细胞中特异性表达DES1的材料pMYB60:DES1其气孔运动在应答ABA更加敏感。说明H2S参与ABA调控的拟南芥气孔运动。对野生型、des1突变体、pMYB60:DES1和pMYB60:DES1/des1株系叶片离体干旱处理发现,离体1hr后des1突变体叶片萎蔫,而PMYB60:DES1/des1株系离体叶片则不发生萎蔫。而硫化氢熏蒸进行预处理则显著缓解了des1离体叶片的萎蔫现象。以上结果表明H2S参与了 ABA调控的拟南芥气孔运动并能提高拟南芥耐旱能力。2.HY1突变体hy1-100的气孔运动对ABA超敏感,HY1介导的保卫细胞ABA信号调控需要H2S的参与。与野生型相比,hy1-100表皮条经ABA处理后气孔迅速关闭,保卫细胞内H2S荧光强度增强,HY1的缺失进一步促进了 ABA诱导的DES1的表达,这说明DESl可能参与了 HY1负调控ABA介导的气孔运动过程;外源H2S的清除剂亚牛磺酸(hypotaurine,HT,100μM)处理抑制了 ABA诱导的hy1-100气孔发生关闭。des1/hy1-100也表现出较hy1-100对ABA处理不敏感的表型,但外源添加H2S则能诱导其气孔快速关闭。这一系列的结果说明HY1负调控ABA介导的气孔运动过程需要DES1产生的H2S的参与。3.在拟南芥保卫细胞ABA信号通路中,DES1参与ABI4介导的ABA信号。外源H2S无法诱导abi4突变体气孔发生关闭;在拟南芥abi4突变体气孔中特异性表达DES1的转基因材料pMYB60:DES1/abi4保卫细胞无法有效应答ABA,ABA无法诱导其气孔发生关闭。离体叶片脱水实验中的结果显示,外源H2S无法缓解abi4突变体的萎蔫现象,pMYB60:DES1/abi4材料也表现出与abi4相同的易萎蔫表型。这说明在气孔特异的DES1产生的H2S调控的气孔发生关闭过程需要ABI4的参与。总之,上述研究表明,保卫细胞内DES1产生的H2S参与了 HY1-ABI4介导的拟南芥气孔运动和耐旱能力。