谷胱甘肽参与硫化氢诱导番茄侧根发生谷胱甘肽参与硫化氢诱导番茄侧根发生的分子机制【字数：6039】
植物侧根的发生对植物生理学功能具有重要作用。研究表明H2S和GSH均可促进植物侧根发生，但尚不清楚二者之间是否存在联系。为探究以上问题，本课题采用“白果强丰”品种番茄作为研究对象进行实验。结果表明一定浓度范围内的GSH和H2S能促进番茄幼苗侧根的发生；添加H2S可以使番茄根部内源GSH含量增加；用GSH合成阻断剂BSO处理后，上述效应受到阻断；在以上效应的发生过程中，番茄幼苗根部细胞周期循环基因表达量发生变化。上述结果提示了GSH参与H2S诱导番茄侧根发生，具体的分子机制是调控SlCYCA2; 1，SlCYCA3; 1，SlCDKA1和SlKRP2等与侧根发生相关的细胞周期循环基因表达。上述研究为探究GSH参与H2S诱导番茄侧根发生的分子机制奠定基础，同时也为促进番茄侧根发生和提高抗逆性提供理论支持。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract. 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 2
1．1 实验材料 2
1．1．1 实验试剂 2
1．1．2 植物材料培养 2
1．2 实验方法 2
1．2．1 筛选NaHS和GSH的最佳工作浓度 2
1．2．2 组合处理番茄幼苗观察表型 3
1．2．3 H2S含量测定 3
1．2．4 GSH含量测定 3
1．2．5 qRTPCR分析 3
1．2．6 统计分析 3
2 结果与分析 3
2．1 谷胱甘肽(GSH)、硫化氢(H2S)在一定浓度范围内均能诱导番茄侧根发生 3
2．2 H2S促进番茄根部内源GSH积累 4
2．3 GSH无法促进番茄根部内源H2S的产生 5
2．4 H2S促进的侧根发生能被GSH合成抑制剂BSO所阻断 6
2．5 H2S通过GSH参与调控细胞周期循环基因的表达 7
3 讨论 8
3．1 GSH参与H2S诱导番茄侧根发生的过程 8
3．2 GSH通过调节细胞周期循环基因表达的分子机制来参与H2S诱导番茄 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
侧根发生 8
3．3 小结和展望 8
致谢 9
参考文献 9
谷胱甘肽参与硫化氢诱导番茄侧根发生的分子机制
引言
引言 陆生植物的根系负责固定植物基部并为其提供矿物质与水分，而上述功能主要取决于植物的根系结构。在植物的根系结构中，侧根（lateral root；LR）不仅是重要的农艺学性状，它的发生也对植物的生命至关重要[1]。植物侧根的发生能提高植物在非生物胁迫下的生存能力，在现今全球气候变化、土壤退化的背景下，帮助植物应对各种逆境十分关键，因此研究植物侧根的发生机制具有一定的研究意义。
现有研究发现，向来被公认为是有毒气体[2]的硫化氢（hydrogen sulfide；H2S）作为一种与一氧化氮（nitric oxide；NO）、一氧化碳（carbon monoxide；CO）相类似的新型气体信号分子存在于动植物以及人体中并发挥作用[3]。在人体及其他许多哺乳动物体内，H2S可以帮助血管扩张[4]，也同样能舒缓动脉[5]，以抗炎症[6]和抗氧化的方式帮助保护哺乳动物的心脑血管[7]；而在植物中，H2S的植物生理学作用主要为影响植物气孔运动和缓解胁迫。越来越多的研究表明，H2S作为一个新型气体信号分子参与了植物多种生长发育过程，已有研究发现H2S不但参与调节甘薯、旱柳、黄瓜等多种植物体内有机物的积累以及根组织的生长[810]，还可以缓解重金属、离子等对植物的胁迫作用以使植物适应逆境[11]，还有研究发现，H2S可以通过提高植物在缺铁环境的适应性而最终影响植物的光合作用[12]。而在随后的相关实验研究中发现H2S可能参与番茄幼苗中生长素诱导的侧根形成[13],最终证明了其在番茄LR发育调节中的作用。
谷胱甘肽(GSH)是一种由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸结合的，含有巯基的三肽，它的合成主要是通过GSH1、GSH2两个合成基因调控的，其中GSH1调控γ谷氨酰半胱氨酸合成酶（γECS），GSH2调控谷胱甘肽合成酶[14]，这两种酶都是谷胱甘肽合成过程中的关键酶。首先，谷氨酸盐提供羧基，半胱氨酸提供氨基，二者在γ谷氨酰半胱氨酸合成酶的作用下形成谷氨酰半胱氨酸，这一步也是GSH合成的限速步骤；接着谷氨酰半胱氨酸通过谷胱甘肽合成酶的作用与甘氨酸反应，最终合成GSH[15,16]。GSH在人体、动植物中广泛存在，它能帮助人体免疫系统保持正常功能，并具有抗氧化作用和整合解毒作用。而在植物细胞中，内源性GSH不仅可以作为抗氧化和氧化还原信号[15,17]，还起着调控植物生长发育的重要作用，影响植物根系结构，诱导植物侧根发生[18]，并且影响植物的胁迫耐受性，例如，相对于野生型，GSH缺陷型拟南芥突变体表现出较低水平的根密度[19]。
另一方面，现有研究已经证明，植物侧根的发生与细胞周期循环基因存在关系，中柱鞘中的循环基因、编码细胞周期蛋白的CYCLOIDEA类基因（CYC）和细胞周期蛋白依赖激酶（CDK）均能调控植物侧根的发生[2021]，影响植物根系结构的生长。因此，从分子学水平上研究细胞周期循环基因的表达，有助于探究某些如H2S、GSH等的信号分子影响番茄侧根生长发生的分子机制。
尽管现有研究已经证明了GSH和H2S都是植物根系结构发生所必需的，但是在调节植物侧根发生上GSH和H2S之间的关系尚未完全阐明。本研究通过解剖学和药理学实验证明了GSH和H2S均可以促进番茄幼苗侧根的发生，而激光共聚焦结果显示外源添加H2S可以显著提高番茄幼苗中GSH的含量，因此推测GSH参与H2S调控番茄侧根发生的过程并处于其下游。随后通过分子生物学实验进一步证明GSH参与了H2S调控番茄侧根发生的过程，并探究其分子机制。该课题的研究可以有效帮助建立诱导植物侧根发生的新途径，并为开发新型的植物生长调节物质提供理论依据。
1 材料与方法
1．1 实验材料
实验试剂
RNA提取液Trizol、H2S供体硫氢化钠（NaHS）、GSH，工作浓度为1.0 mM的GSH合成酶抑制剂BSO[22]，工作浓度为0.02 mM的H2S荧光探针7azido4methylcoumarin (AzMC)和工作浓度为0.02 mM的谷胱甘肽荧光探针monochlorobimane （MCB）[23]。
植物材料培养
本实验中所用种子均为从江苏省农业科学研究院购入的番茄种子（Solanum lycopersicum Mill）“白果强丰”。用2%的次氯酸钠溶液对番茄种子进行表面消毒，而后用无菌水充分漂洗浸种，然后将其均匀铺种于用7 mL无菌水充分浸润的滤纸上，并置于25±1 °C的恒温培养箱中避光培养35天，选取长势一致的番茄幼苗以备后续实验。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract. 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 2
1．1 实验材料 2
1．1．1 实验试剂 2
1．1．2 植物材料培养 2
1．2 实验方法 2
1．2．1 筛选NaHS和GSH的最佳工作浓度 2
1．2．2 组合处理番茄幼苗观察表型 3
1．2．3 H2S含量测定 3
1．2．4 GSH含量测定 3
1．2．5 qRTPCR分析 3
1．2．6 统计分析 3
2 结果与分析 3
2．1 谷胱甘肽(GSH)、硫化氢(H2S)在一定浓度范围内均能诱导番茄侧根发生 3
2．2 H2S促进番茄根部内源GSH积累 4
2．3 GSH无法促进番茄根部内源H2S的产生 5
2．4 H2S促进的侧根发生能被GSH合成抑制剂BSO所阻断 6
2．5 H2S通过GSH参与调控细胞周期循环基因的表达 7
3 讨论 8
3．1 GSH参与H2S诱导番茄侧根发生的过程 8
3．2 GSH通过调节细胞周期循环基因表达的分子机制来参与H2S诱导番茄 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
侧根发生 8
3．3 小结和展望 8
致谢 9
参考文献 9
谷胱甘肽参与硫化氢诱导番茄侧根发生的分子机制
引言
引言 陆生植物的根系负责固定植物基部并为其提供矿物质与水分，而上述功能主要取决于植物的根系结构。在植物的根系结构中，侧根（lateral root；LR）不仅是重要的农艺学性状，它的发生也对植物的生命至关重要[1]。植物侧根的发生能提高植物在非生物胁迫下的生存能力，在现今全球气候变化、土壤退化的背景下，帮助植物应对各种逆境十分关键，因此研究植物侧根的发生机制具有一定的研究意义。
现有研究发现，向来被公认为是有毒气体[2]的硫化氢（hydrogen sulfide；H2S）作为一种与一氧化氮（nitric oxide；NO）、一氧化碳（carbon monoxide；CO）相类似的新型气体信号分子存在于动植物以及人体中并发挥作用[3]。在人体及其他许多哺乳动物体内，H2S可以帮助血管扩张[4]，也同样能舒缓动脉[5]，以抗炎症[6]和抗氧化的方式帮助保护哺乳动物的心脑血管[7]；而在植物中，H2S的植物生理学作用主要为影响植物气孔运动和缓解胁迫。越来越多的研究表明，H2S作为一个新型气体信号分子参与了植物多种生长发育过程，已有研究发现H2S不但参与调节甘薯、旱柳、黄瓜等多种植物体内有机物的积累以及根组织的生长[810]，还可以缓解重金属、离子等对植物的胁迫作用以使植物适应逆境[11]，还有研究发现，H2S可以通过提高植物在缺铁环境的适应性而最终影响植物的光合作用[12]。而在随后的相关实验研究中发现H2S可能参与番茄幼苗中生长素诱导的侧根形成[13],最终证明了其在番茄LR发育调节中的作用。
谷胱甘肽(GSH)是一种由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸结合的，含有巯基的三肽，它的合成主要是通过GSH1、GSH2两个合成基因调控的，其中GSH1调控γ谷氨酰半胱氨酸合成酶（γECS），GSH2调控谷胱甘肽合成酶[14]，这两种酶都是谷胱甘肽合成过程中的关键酶。首先，谷氨酸盐提供羧基，半胱氨酸提供氨基，二者在γ谷氨酰半胱氨酸合成酶的作用下形成谷氨酰半胱氨酸，这一步也是GSH合成的限速步骤；接着谷氨酰半胱氨酸通过谷胱甘肽合成酶的作用与甘氨酸反应，最终合成GSH[15,16]。GSH在人体、动植物中广泛存在，它能帮助人体免疫系统保持正常功能，并具有抗氧化作用和整合解毒作用。而在植物细胞中，内源性GSH不仅可以作为抗氧化和氧化还原信号[15,17]，还起着调控植物生长发育的重要作用，影响植物根系结构，诱导植物侧根发生[18]，并且影响植物的胁迫耐受性，例如，相对于野生型，GSH缺陷型拟南芥突变体表现出较低水平的根密度[19]。
另一方面，现有研究已经证明，植物侧根的发生与细胞周期循环基因存在关系，中柱鞘中的循环基因、编码细胞周期蛋白的CYCLOIDEA类基因（CYC）和细胞周期蛋白依赖激酶（CDK）均能调控植物侧根的发生[2021]，影响植物根系结构的生长。因此，从分子学水平上研究细胞周期循环基因的表达，有助于探究某些如H2S、GSH等的信号分子影响番茄侧根生长发生的分子机制。
尽管现有研究已经证明了GSH和H2S都是植物根系结构发生所必需的，但是在调节植物侧根发生上GSH和H2S之间的关系尚未完全阐明。本研究通过解剖学和药理学实验证明了GSH和H2S均可以促进番茄幼苗侧根的发生，而激光共聚焦结果显示外源添加H2S可以显著提高番茄幼苗中GSH的含量，因此推测GSH参与H2S调控番茄侧根发生的过程并处于其下游。随后通过分子生物学实验进一步证明GSH参与了H2S调控番茄侧根发生的过程，并探究其分子机制。该课题的研究可以有效帮助建立诱导植物侧根发生的新途径，并为开发新型的植物生长调节物质提供理论依据。
1 材料与方法
1．1 实验材料
实验试剂
RNA提取液Trizol、H2S供体硫氢化钠（NaHS）、GSH，工作浓度为1.0 mM的GSH合成酶抑制剂BSO[22]，工作浓度为0.02 mM的H2S荧光探针7azido4methylcoumarin (AzMC)和工作浓度为0.02 mM的谷胱甘肽荧光探针monochlorobimane （MCB）[23]。
植物材料培养
本实验中所用种子均为从江苏省农业科学研究院购入的番茄种子（Solanum lycopersicum Mill）“白果强丰”。用2%的次氯酸钠溶液对番茄种子进行表面消毒，而后用无菌水充分漂洗浸种，然后将其均匀铺种于用7 mL无菌水充分浸润的滤纸上，并置于25±1 °C的恒温培养箱中避光培养35天，选取长势一致的番茄幼苗以备后续实验。
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