论文摘要：不同剂量UV-B辐射诱导拟南芥气孔关闭过程中

UV-B辐射作为一种重要的环境信号对植物生长发育的许多方面均有显著影响，因此研究植物细胞感知UV-B辐射的信号转导机制具有重要的理论意义和实践意义。以前的研究已显示不同剂量UV-B均能诱导气孔关闭；乙烯通过诱导保卫细胞过氧化物酶(POD)途径的过氧化氢（H2O2）形成介导了0.8 W·m-2 UV-B辐射诱导的蚕豆气孔关闭；异三聚体G蛋白α亚基(Gα) 通过诱导保卫细胞NADPH氧化酶途径的H2O2形成参与了0.5 W·m-2 UV-B辐射诱导拟南芥气孔关闭的信号转导过程。可见，虽然以前的证据已显示乙烯、Gα和H2O2均参与UV-B诱导气孔关闭的信号转导过程，但是由于不同研究所用材料及UV-B剂量不同，因此使人们不能系统而全面的了解不同剂量UV-B诱导气孔关闭的信号转导途径的异同以及这些信号分子之间的相互关系。本论文选用拟南芥野生型和各种突变体的叶片为材料，借助药理学、遗传学方法和激光共聚焦扫描显微镜技术，主要探究了（1）不同剂量UV-B辐射对拟南芥气孔运动的影响；（2）乙烯信号元件、Gα和H2O2是否都参与不同剂量UV-B辐射诱导的拟南芥气孔关闭；（3）不同剂量UV-B辐射下，H2O2的来源途径是否一致；（4）低剂量UV-B辐射诱导气孔关闭的信号途径中，乙烯信号元件、Gα和H2O2之间的相互关系。本研究得到以下主要实验结果和结论：
1、UV-B辐射诱导野生型拟南芥叶片气孔关闭具有剂量依赖性，当UV-B剂量达到0.5 W·m-2时气孔开度降低程度最大，达到0.65 W·m-2时气孔关闭程度达到最大。因此，本论文用0.5 W·m-2 UV-B辐射代表低剂量UV-B处理，而0.65 W·m-2 UV-B辐射代表高剂量UV-B处理。

2、低剂量UV-B辐射和外源乙烯不能诱导乙烯受体ETR1和EIN4、铜离子转运体RAN1和乙烯信号转导元件EIN2、EIN3和ARR2的功能缺失突变体气孔关闭，而高剂量UV-B能够诱导这些突变体气孔关闭。表明乙烯参与低剂量但不参与高剂量UV-B辐射诱导的拟南芥气孔关闭，且乙烯信号元件ETR1、EIN4、RAN1、EIN2、EIN3和ARR2均参与低剂量UV-B诱导气孔关闭的信号转导过程。
3、Gα抑制剂PTX（百日咳毒素）能完全阻断低剂量UV-B辐射诱导的气孔关闭，但是不能完全阻断高剂量UV-B辐射诱导的气孔关闭，而CTX（霍乱毒素，Gα活化剂）能显著诱导可见光下拟南芥叶片的气孔关闭；低剂量UV-B对拟南芥G蛋白α亚基GPA1功能缺失突变体gpα1-1 和gpα1-2气孔开度无明显影响，而高剂量UV-B能显著诱导gpα1-1 和gpα1-2气孔关闭；低剂量UV-B辐射下wGα (GPA1过表达转基因系) 和cGα（GPA1组成活化性转基因系）的气孔关闭速度比野生型快。表明Gα参与低剂量但不参与高剂量UV-B辐射诱导的拟南芥气孔关闭。
4、H2O2清除剂抗坏血酸（ASA）和过氧化氢酶（CAT）均能显著降低不同剂量UV-B辐射下保卫细胞H2O2水平、并抑制其诱导的气孔关闭，说明H2O2参与不同剂量UV-B诱导气孔关闭的信号转导过程。但是，低剂量UV-B诱导的保卫细胞H2O2生成和气孔关闭能被NADPH氧化酶的抑制剂二苯基碘（DPI）显著抑制，却不能被细胞壁过氧化物酶抑制剂水杨苷异羟肟酸（SHAM）抑制，而高剂量UV-B诱导的保卫细胞H2O2生成和气孔关闭能被SHAM显著抑制，但不能被DPI显著抑制；低剂量UV-B不能诱导NADPH氧化酶功能缺失突变体AtrbohD、AtrbohF、AtrbohD/F的保卫细胞H2O2生成和气孔关闭，而高剂量UV-B能诱导这些突变体保卫细胞H2O2生成和气孔关闭，且SHAM能明显逆转高剂量UV-B诱导的突变体保卫细胞H2O2生成和气孔关闭。说明介导低剂量UV-B诱导气孔关闭的H2O2主要来自NADPH氧化酶AtrbohD和AtrbohF途径，而介导高剂量UV-B诱导气孔关闭的H2O2主要来自细胞壁过氧化物酶（POD）途径。
5、低剂量UV-B辐射和外源乙烯虽然能诱导野生型拟南芥保卫细胞H2O2生成和气孔关闭，但是均不能诱导AtrbohD/F、etr1，ein4和ran1突变体的保卫细胞H2O2生成和气孔关闭以及ein2，ein3和arr2突变体的气孔关闭，但能诱导ein2，ein3和arr2突变体保卫细胞H2O2生成；外源H2O2能逆转AtrbohD/F、etr1，ein4和ran1突变体气孔运动对低剂量UV-B辐射和外源乙烯的不敏感性，但不能逆转ein2，ein3和arr2突变体气孔运动对低剂量UV-B辐射和外源乙烯的不敏感性。表明低剂量UV-B辐射下乙烯通过其受体ETR1和EIN4以及铜离子转运体RAN1诱导NADPH氧化酶途径的H2O2生成，生成的H2O2进而依赖于乙烯信号转导元件EIN2，EIN3和ARR2诱导气孔关闭。
6、低剂量UV-B辐射和外源乙烯单独处理和复合处理都不能诱导gpα1-1 和gpα1-2突变体气孔关闭和H2O2的合成，但是能诱导wGα和cGα突变体气孔关闭和H2O2的合成；在可见光、外源乙烯或低剂量UV-B辐射下, CTX都能诱导ert1, ein4和 ran1突变体气孔关闭和保卫细胞H2O2的合成以及ein2，ein3和arr2突变体保卫细胞H2O2的生成，但不能诱导ein2， ein3和arr2突变体气孔关闭。结合以上结果表明在低剂量UV-B辐射诱导拟南芥气孔关闭的信号转导途径中，乙烯通过ETR1，EIN4和RAN1首先活化Gα，活化的Gα通过调节NADPH氧化酶的活性诱导H2O2的生成，生成的H2O2进而依赖于乙烯信号转导元件EIN2，EIN3和ARR2诱导气孔关闭。
总之，本文结果阐明不同剂量UV-B辐射诱导气孔关闭的信号转导机制不同：乙烯和Gα只参与低剂量UV-B辐射诱导的气孔关闭，但不参与高剂量UV-B辐射诱导的气孔关闭；H2O2参与不同剂量UV-B辐射诱导的气孔关闭，但是在低剂量UV-B辐射下H2O2主要来自NADPH氧化酶AtrbohD和AtrbohF途径，而高剂量UV-B辐射下H2O2主要来自POD途径；低剂量UV-B辐射诱导气孔关闭的信号转导途径是：UV-B诱导乙烯生成，乙烯通过其受体ETR1和EIN4以及铜离子转运体RAN1活化Gα，Gα诱导NADPH氧化酶途径的H2O2生成，生成的H2O2进而依赖于乙烯信号转导元件EIN2，EIN3和ARR2诱导气孔关闭。

来源：半壳优胜育转载请保留出处和链接！

本文链接：http://87cpy.com/218763.html