H2S在褪黑素诱导的黄瓜耐盐性中的作用

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盐胁迫是造成农作物减产的主要非生物胁迫之一,严重制约着蔬菜作物的可持续发展。黄瓜作为我国重要的蔬菜作物,在苗期对盐渍非常敏感,极易给其生产造成严重损失。褪黑素(MT)作为一种新型的植物生长调节剂,能够增强黄瓜对盐胁迫的耐受性,然而其深入的分子机制还未完全得到阐述。硫化氢(H2S)作为继一氧化氮(NO)与一氧化碳(CO)之后的第三种气体信号分子,在调控植物响应盐胁迫过程中发挥重要作用。然而目前关于褪黑素与H2S的关系还未得到揭示。本研究以黄瓜“新春四号”为实验材料,探究了不同组织中H2S在褪黑素对盐胁迫的调控过程中发挥的作用,以及在此过程中与NO和MAPK级联途径的相互关系。主要结果如下:1.MT或NaCl处理均可诱导叶片和根部产生H2S,并且叶片H2S含量在4 h达到峰值,6-24 h逐渐降低至CK水平;而根部H2S含量在3 h达到峰值,4-24 h略有降低但维持在一定水平。MT或NaCl处理均引起叶片及根部H2S合成关键酶LCD(L-cysteine desulfhydrase)和DCD(D-cysteine desulfhydrase)酶活性及基因表达升高,但会被H2S清除剂(HT)、H2S合成抑制剂(PAG)和褪黑素生物合成抑制剂(p-CPA)抑制。说明MT和NaCl处理均快速激活L/DCD途径,诱导产生大量的H2S,而内源褪黑素可能在H2S的上游发挥作用。但NaCl还会引起根部H2S合成途径上其他基因的表达,表明L/DCD途径并不是根部NaCl处理诱导H2S的主要途径。2.与NaCl处理相比,MT+NaCl处理可以显著提高黄瓜叶片光合气体交换参数(Et、Pn、Gs)和叶绿素荧光参数(Fv/Fo、Fv/Fm、ETR、Yiled和qP),降低Ci和q N。MT+NaCl+HT、MT+NaCl+PAG、MT+NaCl+cPTIO(NO清除剂)处理会显著抑制MT+NaCl处理引起的光合效率的变化。说明褪黑素对盐胁迫下黄瓜的光合作用的调控需要依赖与H2S和NO。3.与CK相比,NaCl处理会导致黄瓜叶片与根部中ROS(O2·-、·OH和H2O2)的大量积累,但会被MT处理削弱。与MT+NaCl处理相比,HT、PAG、cPTIO和U0126(MAPKK抑制剂)反而会加剧叶片与根部的氧化损伤。此外,与NaCl处理相比,MT+NaCl处理可以显著上调叶片与根部Cu-Zn SOD、Mn SOD、POD2、CAT1、APX、DHAR、GR的表达水平,提高SOD、POD、CAT、APX、DHAR、GR的活性,说明MT具有保护黄瓜叶片和根部抗氧化防御的作用。但这种保护作用会被HT、PAG、cPTIO和U0126破坏。可见,H2S、NO和MAPK参与褪黑素对盐胁迫下黄瓜抗氧化防御的调控。4.MT+NaCl处理会提高NaCl诱导的叶片和根部LCD、DCD酶活性和基因表达水平的升高,并诱导产生大量的H2S。但会受到cPTIO显著抑制,MAPKK抑制剂U0126对其没有影响。另一方面,MT+NaCl处理诱导产生更多NO,但会被HT显著抑制,而MT+NaCl+U0126处理与MT+NaCl处理相比,NO含量无显著性差异。说明褪黑素对黄瓜盐胁迫的调控过程中,产生的H2S与NO具有互作效应,MAPK级联可能位于H2S的下游。5.与CK相比,MT+NaCl处理会诱导叶片与根部MAPK3、MAPK4、MAPK6、MAPK9表达量的升高,但会受到HT和cPTIO的显著抑制,并且MAPK6受到的抑制效果最明显。免疫沉淀分析表明,MT(100μM)和NaCl(150μM)处理明显活化46 kDa处的MAPK6激酶,并且会受到100μM U0126的抑制。MT(100μM)和NaCl(150μM)在1 h就显著诱导根部MAPK6蛋白的高表达,表明MAPK6蛋白的表达对MT和NaCl具有剂量效应和时间效应。而MT+NaCl处理在0.5 h诱导MAPK6蛋白表达并持续到4 h,但是会被HT和cPTIO在2 h和3 h处几乎完全抑制。以上结果说明,MAPK级联途径位于H2S与NO的下游,在褪黑素对黄瓜盐胁迫的调控过程中发挥作用。
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