SO2延緩小麥糊粉層細胞程序性死亡及緩解鋁脅迫的信號機制研究.pdf

1、禾谷類種子萌發(fā)后期，在糊粉層細胞完成水解酶的合成與分泌之后，糊粉層細胞會自主有序地發(fā)生死亡，這種類型的細胞死亡屬于細胞程序性死亡(programmed cell death，PCD)。禾谷類種子的糊粉層細胞已成為研究植物細胞程序性死亡的模式細胞。本論文以小麥糊粉層為研究材料，考察了SO2供體(NaHSO3∶Na2SO3)對糊粉層細胞程序性死亡進程的影響及相關的調節(jié)機理。結果表明，經SO2供體處理小麥糊粉層細胞，可明顯延緩其細胞程序性死亡

2、的進程，且呈一定的濃度效應。與對照相比，經過不同濃度SO2供體(10、50、100μM)處理糊粉層細胞均可延緩其細胞死亡，其中100μM SO2供體延緩細胞死亡的效果最為顯著。100μM SO2供體能延緩糊粉層細胞可溶性蛋白的降解，延緩細胞內蛋白質貯藏液泡(protein storage vacuoles，PSV)的擴大。此外，SO2還能延緩糊粉層細胞DNA降解。研究發(fā)現，SO2能顯著提高糊粉層細胞硫代謝相關基因TaSultri4;1a

3、、TaSiR、TaOASTL、TaCoA、TaGHPOD表達水平，抑制TaSultri;1，TaAPR基因表達。
　　活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)的迸發(fā)是糊粉層細胞程序性死亡的一個顯著事件，大量的ROS會加快糊粉層細胞的程序性死亡進程。本文對SO2是否作為一種抗氧化信號分子參與調控ROS的水平，進而介導了糊粉層細胞程序性死亡，進行了相關研究。結果表明，SO2可以明顯減少程序性死亡進程中的小麥糊粉

4、層細胞內過氧化氫(H2O2)、超氧陰離子（·O2-）等活性氧含量，提高糊粉層細胞內過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)等相關酶活性，上調CAT、APX及SOD酶的基因表達，表明SO2具有抗氧化信號，參與調控小麥糊粉層細胞程序性死亡進程，行使其延長糊粉層細胞存活時間等生理功能。
　　硫化氫(Hydrogen Sulfide，H2S)是植物體內繼CO、NO的第三種氣體信號分

5、子，而SO2供體(NaHSO3∶Na2SO3)在植物細胞中亞硫酸還原酶的作用下生成H2S，本文對SO2是否通過H2S信號通路，調控小麥糊粉層細胞程序性死亡進程，進行了相關研究。H2S處理小麥糊粉層細胞實驗結果表明，糊粉層細胞死亡率顯著降低，內源H2S及NO的含量明顯提高。而在NO清除劑(Carboxy-cPTIO，cPTIO)的條件下，H2S處理的小麥糊粉層細胞死亡率明顯上升，其內源H2S含量明顯下降，其抗氧化相關基因TaCAT、TaA

6、PX、TaSOD的表達水平均有所下降。SO2處理糊粉層后，內源H2S及NO含量也顯著提高，且NO清除劑和SO2處理小麥糊粉層，其內源H2S含量減少，抗氧化基因TaCAT、TaAPX、TaSOD表達水平明顯下降。這表明SO2通過H2S信號通路，產生內源NO以及H2S，然后通過內源信號分子調控抗氧化酶相關基因表達，最后延緩小麥糊粉層細胞程序性死亡。
　　本文還對H2S調控小麥種子淀粉酶活性的影響進行了研究。結果表明，H2S可以提高β-

7、淀粉酶的活性，并呈一定的劑量效應，與對照相比，不同濃度的H2S供體（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0 mM）均可以提高β-淀粉酶的活性，其中1.5 mM的H2S供體提高小麥種子β-淀粉酶活性最為明顯。進一步研究表明，H2S可以明顯提高自由態(tài)β-淀粉酶的活性以及結合態(tài)β-淀粉酶的活性。與H2S作用類似，0.8 mM SO2也可以明顯提高小麥種子結合態(tài)β-淀粉酶的活性。
　　本文對SO2是否緩解鋁脅迫小麥胚根的毒

8、害作用進行了相關研究。結果表明，0.4 mMA1對小麥胚根生長具有明顯抑制作用;而且1.0 mM SO2對小麥胚根生長沒有明顯的毒害作用，SO2可緩解鋁脅迫小麥胚根生長的毒害作用。進一步研究表明，SO2可以減少鋁脅迫小麥胚根的ROS的積累，緩解鋁脅迫小麥胚根膜損傷，減少胚根的鋁累積。另外，本論文還對SO2調控鋁脅迫小麥胚根的鋁誘導基因的表達進行了研究，結果表明，SO2可以明顯減少鋁誘導基因TaWali1，TaWali2、TaWali3、