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

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。