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植物质膜NADPH氧化酶参与ABA和镍离子诱导的活性氧积累

郝福顺  
【摘要】:活性氧(ROS)能够对植物产生毒害作用,但它们作为第二信使在植物信号转导中起重要作用。植物质膜NADPH氧化酶以NADPH为电子供体、胞外O_2为电子受体,催化生成O_2~(?)近年来的证据表明,NADPH氧化酶参与了植物对生物和非生物胁迫的应答反应。 ABA在植物应答干旱、盐和冷等胁迫反应中起重要作用。最近的研究表明,在拟南芥保卫细胞中,NADPH氧化酶参与了ABA诱导的气孔关闭。ABA信号在除保卫细胞的其它细胞中也普遍存在,但在这些细胞中,ABA是否能够快速诱导ROS产生,该ROS的来源是什么都不清楚。我们以烟草BY-2悬浮细胞为材料,研究了ABA对H_2O_2产生的效应,结果表明,ABA能够显著诱导H_2O_2的快速产生,并且H_2O_2是O_2~(?)通过超氧化物歧化酶(SOD)的歧化作用产生的。进一步研究发现,ABA能够显著升高质膜NADPH氧化酶的活性,而且ABA诱导H_2O_2和NADPH氧化酶活性增加的效应能够被两个常用的NADPH氧化酶抑制剂碘二苯(DPI)和咪唑显著抑制,这些结果说明,质膜NADPH氧化酶在悬浮细胞ABA诱导的H_2O_2快速产生中起重要作用。另外,我们通过转基因,得到了过表达烟草NADPH氧化酶基因NtrbohD的悬浮细胞系,并利用RT-PCR和western blot分析了ABA对NtrbohD表达的影响,结果显示,ABA明显促进了NtrbohD的表达,这些结果表明,NtrbohD参与了烟草悬浮细胞ABA诱导的ROS快速积累。 重金属镍是植物必需的微量元素。然而高浓度的镍对植物产生毒害,已有报道指出,镍离子能够明显增加植物膜脂的过氧化水平,但镍诱导产生ROS的机制尚未见报道。我们以小麦根为材料,研究了质膜NADPH氧化酶在镍导致的氧化胁迫中的作用。结果显示,镍不仅显著增加了膜脂过氧化水平和H_2O_2含量,而且显著增加了O_2~(?)的产生速率和质膜NADPH氧化酶的活性,所有这些现象均能够被NADPH氧化酶抑制剂DPI、咪唑和吡啶显著抑制。而且,镍导致ROS增加以及抑制剂对这些参数抑制的规律与镍和抑制剂对质膜NADPH氧化酶活性影响的规律类似,这些结果证明,镍诱导产生的ROS导致了膜脂过氧化,而这些ROS主要来自质膜NADPH氧化酶。试验还表明,Ca~(2+)可能参与镍诱导的ROS积累,而且,在镍胁迫下,质膜NADPH氧化酶具有激活抗氧化酶类如SOD、CAT和GR等的功能。 NADPH氧化酶活性调节是NADPH氧化酶研究的重要内容之一。报道表明,拟南芥钙依赖蛋白激酶1(AK1)参与了NADPH氧化酶的活性调节。但具体的机制不清楚。我们以拟南芥为材料,用酵母双杂交的方法研究了AK1与NADPH氧化酶AtrbohD及AtrbohF N端和C端胞质区的相互作用,发现AK1与AtrbohD及AtrbohF N端和C端胞质区不直接发生相互作用。另外,我们获得了AK1转基因、突变体及野生型植株,分析了它们在自然情况、在ABA、盐及镍离子存在下的表型,但没有观察到这些植株在表型上有显著差异;NBT染色没有发现它们的叶片在O_2~(?)产生方面存在显著差异。用ABA处理突变体和野生型植株后,测定质膜NADPH氧化酶活性也未发现这两者之间存在明显差异,这些数据说明,AK1可能不直接参与NADPH氧化酶AtrbohD和AtrbohF的活性调节,或者AK1可能不是这两个NADPH氧化酶活性调节所必需的。


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