Hortic Res山西大学金竹萍：NMT发现H2S促保卫细胞排Cl⁻/H⁺抑制吸K⁺ 为干旱下H₂S调控气孔运动的机制提供证据

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基本信息

主题：NMT发现H2S信号显著诱导Cl⁻ 和H⁺ 的跨膜外流，抑制K⁺ 内流，从而导致气孔关闭，明确了Cl⁻ 通道是H₂S调控大白菜气孔运动的主要靶标。

期刊：Horticulture Research

影响因子：7.291

研究使用平台：NMT水旱胁迫创新平台

标题：H₂S-mediated balance regulation of stomatal and non-stomatal factors responding to drought stress in Chinese cabbage

作者：山西大学裴雁曦、金竹萍、张文泽、王磊

 

检测离子/分子指标

Cl⁻、K⁺、H⁺

 

检测样品

大白菜叶片保卫细胞

 

中文摘要

越来越多的证据表明，硫化氢 (H₂S) 作为一种新型气体信号分子，可以通过诱导气孔关闭来增强植物的抗旱性，与此同时也会提高光合效率，这一矛盾现象背后的机制尚不清楚。本研究从气孔因素和非气孔因素两个方面探讨了H₂S信号响应干旱胁迫的平衡调控机制。结果表明，外源H₂S可以增加光合色素的积累，减轻干旱胁迫对叶片的伤害，同时生理浓度的H₂S在转录水平上调控核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶 (BrRuBisCO) 的表达和活性，究其原因可能是通过H2S对其大亚基BrRBCL进行硫巯基化修饰实现的。最后，利用非损伤微测技术 (NMT) 检测了保卫细胞中Cl⁻、K⁺和H⁺ 的离子流速，结果表明，H₂S信号显著诱导Cl⁻ 和H⁺ 的跨膜外流，抑制K⁺ 内流，从而导致气孔关闭，明确了Cl⁻ 通道是H₂S调控大白菜气孔运动的主要靶标。综上所述，H₂S信号不仅可以激活位于保卫细胞膜上的离子通道蛋白诱导气孔关闭，还可以调控非气孔因子RuBisCO的转录表达和活性，提高叶片的光合效率。因此，干旱胁迫下H₂S信号通路对气孔因素和非气孔因素的调控之间存在一种有益的平衡，需进一步了解，以便在实际应用中提高作物产量。

 

离子/分子流实验处理方法

一月龄的白菜叶片下表皮在不同条件下处理15 min量

 

离子/分子流实验结果

本研究利用非损伤微测技术 (NMT) 检测了保卫细胞中Cl⁻、K⁺和H⁺ 的离子流速，发现H2S信号显著诱导Cl⁻ 和 H⁺ 的跨膜外流，抑制K⁺ 内流，从而导致气孔关闭，明确了 Cl⁻通道是H₂S调控大白菜气孔运动的主要靶标（图1）。

 

图1 干旱胁迫下H₂S对大白菜幼苗叶下表皮条保卫细胞中Cl⁻、K⁺、H⁺ 净离子流的影响，正值代表外排，负值代表内流。

 

其他实验结果

• 硫化氢增加了光合色素的积累，促进了干旱胁迫下的大白菜的生长
• 硫化氢提高了干旱胁迫下的光合速率和水分利用效率
• 硫化氢在干旱胁迫下上调BrRuBisCO转录水平的表达
• 硫化氢可以巯基化BrRBCL进而提高RuBisCO的活性
• 硫化氢诱导了大白菜叶片的气孔关闭

 

结论

H₂S信号在大白菜叶片气孔和非气孔因子之间存在一种平衡调控，在诱导气孔关闭减少水分散失的同时，可最大限度提高光合效率，促进碳同化作用。

 

图2 干旱胁迫下H₂S对大白菜幼苗叶下表皮条保卫细胞中Cl⁻、K⁺、H⁺ 净离子流的影响，正值代表外排，负值代表内流。

 

测试液

H⁺，K⁺ 的测试液成分为：0.1 mM KCl，0.1 mM CaCl₂，0.1 mM MgCl₂，0.5 mM NaCl，0.3 mM MES，0.2 mM Na₂SO₄，pH 6.0。

Cl⁻的测定液成分为：0.05 mM KCl，0.05 mM CaCl₂，0.05 mM MgCl₂，0.25 mM NaCl和0.2 mM Na₂SO₄，pH 6.0。/p>

 

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

文章原文：https://doi.org/10.1093/hr/uhac284

 

供稿：张文泽

编辑：叶斌，刘兆义

 

关键词：Cl⁻；K⁺；H⁺；H₂S；干旱胁迫；大白菜；保卫细胞；气孔；根；植物类

 

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