茉莉酸和一氧化氮调控气孔运动的机制

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茉莉酸(JA)作为一种普遍存在于植物界的一种内源生长调节物质,它在胁迫反应尤其是在伤反应中的作用越来越引起人们的兴趣.但目前有关JA运输与代谢方面的研究较少,更无其在细胞和亚细胞分布的报道.同时其信号转导机制也是有待阐明的问题.该研究以蚕豆叶片、蚕豆和鸭趾草气孔保卫细胞为材料对以上问题进行了探索.用免疫荧光显微镜技术和免疫胶体金电镜技术证明JA在蚕豆叶片下表皮和气孔保卫细胞上是普遍存在的,它主要分布在保卫细胞的叶绿体、细胞核和细胞壁上;叶片的局部灼伤可提高JA在质外体和气孔保卫细胞中水平.用同位素示踪技术研究了<3>H-JA在蚕豆幼苗中的运输和分配规律以及局部灼伤对其运输与分配.结果表明,外源<3>H-JA能够以高于4~5cm/min的速率在蚕豆幼苗体内向上和向下运输.局部灼伤能促进<3>H-JA向受伤部位的调运;增加<3>H-JA向成熟叶片下表皮的运输分配比率;阻止<3>H-JA从受伤部位的向外输出.推测,伤胁迫下JA运输与分配的改变可能与植物体防御伤反应密切相关,并有可能参与了对气孔运动的调控.药理学实验表明,在0.01~100μmol/L浓度范围内,JA可诱导蚕豆叶片气孔关闭并具有明显的浓度效应和时间进程.一氧化氮(NO)是近年发现的参与保卫细胞ABA信号转导的新组分.用NO特异性荧光探针DAF-2DA结合激光共聚焦显微技术证明气孔保卫细胞中存在NO;利用免疫荧光显微镜技术和免疫胶体金电镜技术确定气孔保卫细胞中存在NOS类似蛋白,药理学实验表明蚕豆叶片NOS活性具有一定的钙依赖性.从组织和细胞水平证明NO参与JA调控气孔运动的信号转导过程.(1)局部灼伤和外源JA都能提高蚕豆叶片和表皮NO水平和NOS活性;(2)JA促进叶片气孔保卫细胞NO的合成;(3)外源NO供体也能诱导气孔关闭,并具有浓度效应;(4)低浓度的NO和JA之间在诱导气孔关闭上存在一定的加合效应;(5)NO的清除剂PTIO可大大减弱JA诱导蚕豆气孔关闭的作用.推测,NO是JA诱导气孔关闭过程中必不可少的组分.JA引起的NO的增加主要来自NOS途径,加入NOS的抑制剂L-NAME可阻断JA产生的NO水平;降低JA诱导气孔关闭的效应.Ca<2+>参与JA调控气孔运动的信号转导.以Fluo-3 AM为Ca<2+>荧光探针,结合激光共聚焦扫描显微技术,发现在JA处理后在数十秒内,在气孔关闭之间可引起胞质Ca<2+>浓度的较为迅速上升.加入钙的螯合剂可完全阻断JA诱导气孔关闭的作用;Ca<2+>通道的抑制剂NIF可减弱JA诱导气孔关闭的效应.推测JA引起的胞内Ca<2+>升高可能主要来源于胞外.使用钙的螯合剂、质膜Ca<2+>通道的阻断剂NIF和LaCl<,3>及细胞内Ca<2+>通道的抑制剂进一步证明Ca<2+>也参与NO诱导气孔关闭的信号转导.该研究中我们首次确认了气孔保卫细胞中JA和NOS的存在和分布;伤引起的JA运输和分配的变化可能参与对气孔运动的调控,并提出JA调控气孔运动信号转导的一条可能途径:JA引起NO含量的增加,经第二信使Ca<2+>的作用及其下游事件,最终诱导气孔关闭.
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