H2S作为植物个体间交流的气体信号分子

植物遭受到昆虫取食、创伤及非生物胁迫时,会向环境中释放多种挥发性物质,直接或间接地帮助受胁迫植株抵抗伤害。同时,这些挥发性物质向附近的健康植株传递信息,以应对可能到来的侵害。硫化氢(H2S)作为细胞内气体信号分子提高植物对多种胁迫的抗性已有报道,本论文对H2S是否作为植物个体间传递信息的信号分子进行了研究。结果表明:40%PEG8000处理可以使谷子、白菜、番茄和拟南芥Col-0植株所在环境空气中H2S含量升高;谷子和拟南芥Col-0植株经PEG8000处理后,可以使邻近的非胁迫植株叶片的H2S含量升高和H2S响应基因表达变化,并诱导非胁迫植株气孔关闭;而拟南芥内源H2S产生酶基因LCD和DES1双基因突变体lcd/des1经PEG8000处理,不能引起空气中和邻近植物的H2S含量升高,不能诱导邻近植株气孔关闭。本论文表明,H2S可以作为植物个体间的信息传递分子;即受胁迫植物通过向周围环境中释放H2S,向邻近植株提供胁迫预警信息,可能对种群的生存有重要意义。

羊肚菌抗氧化肽的制备、纯化和鉴定

以羊肚菌蛋白为原料,采用超声辅助复合酶法制备抗氧化多肽,通过单因素和响应面实验确定抗氧化多肽的最佳制备工艺。结果表明,以DPPH自由基清除率为抗氧化指标确定制备羊肚菌抗氧化多肽的最佳制备工艺为:酶解时间60 min、酶解温度55.69℃,酶解pH值7.95,加酶量4000 U/g;在此条件下得到的酶解多肽的DPPH自由基清除率最大,为89.09%。将所得多肽依次经过超滤、DEAE-32、Sephadex G-25筛选得到DPPH自由基清除率最高的多肽组分,其清除率达到96.71%,经质谱鉴定,其氨基酸序列为FPLIPGH。

硫化氢信号能够通过生物钟调控拟南芥对冷胁迫的响应

硫化氢(hydrogen sulfide, H_2S)是继一氧化氮(nitric oxide, NO)与一氧化碳(carbon oxide, CO)之后的第3种气体信号分子,在动植物中均发挥着重要的生理功能。生物钟是生物体的内在计时器,对动植物适应环境和生长发育至关重要。鉴于H_2S与生物钟调控的生理过程有较大的相关性,本文以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为实验材料,对二者之间的关系进行了探索。结果发现,外源NaHS(H_2S供体)处理能够上调生物钟相关基因CCA1(circadian clock associated 1)和PRR9(pseudo-response regulator 9)的表达,而且在H_2S生成关键酶编码基因缺失的双突变体lcd/des1中,CCA1与PRR9的峰值表达时间明显滞后。CBFs(c-repeat binding factors)是受CCA1调控的冷胁迫响应基因,其表达也受H_2S的调控。lcd/des1中CBF1和CBF3的峰值表达时间延迟,同时在lcd/des1中CBF1、CBF2和CBF3都下调表达。lcd/des1幼苗对冷胁迫表现出更高的敏感性。本文也对拟南芥内源H_2S生成关键酶L-半胱氨酸脱硫基酶(L-cysteine desulfhydrase, LCD)与脱硫基酶1(desulfhydrase 1, DES1)编码基因的转录水平节律性进行了初步的探索。LCD的表达在1 d内未见明显的变化,而DES1的表达有明显的节律性,在早上8:00达到峰值。综上所述,H_2S能够通过调节CCA1与PRR9基因的表达调控生物钟,进而影响下游靶标CBFs基因的表达以增加拟南芥对冷胁迫的耐受性。

H2S信号通过调节RuBisCo增强植物抗旱性

气体信号分子硫化氢(H2S)同时参与"诱导气孔关闭"和"增强光合作用"两个看似矛盾的生理过程。为了探究这一现象可能的机制,该文以模式植物拟南芥野生型(WT)与内源H2S生成酶缺失突变体(lcd/des1)为实验材料,研究干旱胁迫下H2S信号对植物非气孔因素的影响。结果表明,lcd/des1经外源生理浓度H2S熏蒸后,气孔导度(Gs)下降,胞间二氧化碳浓度(Ci)显著降低,净光合速率(Pn)显著升高;干旱胁迫下的lcd/des1与WT相比,Gs增加,Pn显著降低。特别地,干旱条件下对lcd/des1外源施加H2S,显著上调光合作用关键酶RuBisCo编码基因的表达量与酶活性。综上所述,H2S可通过调节非气孔因素RuBisCo酶的转录表达及其羧化活性,以增加叶片Pn,使干旱胁迫下的植株在气孔关闭时仍维持较高效率的光合作用。

拟南芥表皮模式因子EPFs的表达纯化与功能鉴定

气孔密度是影响农作物产量的重要形态学指标。文中以拟南芥气孔发育相关的表皮模式因子(EPFs)为研究对象,构建原核表达载体并进行蛋白表达和纯化,并与新型气体信号分子硫化氢(H2S)建立联系。首先克隆基因AtEPF1、AtEPF2和AtEPFL9,构建pET28a表达载体;然后对重组质粒pET28a-AtEPF1、pET28a-AtEPF2和pET28a-AtEPFL9进行酶切检测和测序,结果显示重组载体构建成功;分别转入大肠杆菌BL21(DE3)进行异丙基β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)诱导表达。优化后的表达条件:IPTG诱导浓度分别为0.5、0.3、0.05mmol/L;最适诱导温度分别为28℃、28℃和16℃;最适诱导时间分别为16 h、16 h和20 h;经Ni琼脂糖凝胶柱纯化获得融合蛋白,大小分别为18 kDa、19 kDa和14.5 kDa左右。将纯化到的AtEPF2和AtEPFL9蛋白分别处理拟南芥幼苗,与对照相比,其H2S产率均有不同程度的变化,且差异显著。即表皮模式因子AtEPFs影响植物内源H2S信号的产生。为后续深入研究H2S和EPFs对植物气孔发育影响的作用机制奠定基础,对增加作物产量、增强植物抗逆性有重要意义。