二胺氧化酶在ABA調(diào)節(jié)過氧化氫產(chǎn)生和蠶豆氣孔運(yùn)動(dòng)中的作用及其機(jī)理.pdf

1、在逆境脅迫下，脫落酸(ABA)通過一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)來調(diào)節(jié)氣孔的開度、減少水分的散失是植物獲得抗逆性的重要機(jī)理之一。H2O2作為一種重要的信號(hào)物質(zhì)參與了ABA誘導(dǎo)的氣孔運(yùn)動(dòng)。植物體內(nèi)的H2O2可以通過NADPH氧化酶、胺氧化酶等途徑產(chǎn)生。目前已證實(shí)NADPH氧化酶產(chǎn)生的H2O2參與了ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉。植物中的胺氧化酶可以通過降解二胺或多胺產(chǎn)生H2O2，但是這一來源的H2O2是否參與ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉尚未見報(bào)道。以前在擬南芥中的

2、研究表明，磷脂酶D(PLD)水解磷脂產(chǎn)生磷脂酸(PA)，PA通過激活NADPH氧化酶產(chǎn)生H2O2從而誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，但這一H2O2的產(chǎn)生途徑在蠶豆中是否存在及其與胺氧化酶產(chǎn)生H2O2的途徑之間的關(guān)系尚未見報(bào)道，本研究選用蠶豆保衛(wèi)細(xì)胞為研究體系，采用藥理學(xué)、生理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)及生物化學(xué)的方法系統(tǒng)的研究了蠶豆中二胺氧化酶(CuAO)、磷脂酶D、NADPH氧化酶在ABA誘導(dǎo)氣孔運(yùn)動(dòng)過程中的作用及其相互關(guān)系。 研究表明CuAO的抑制劑可以

3、明顯抑制ABA誘導(dǎo)的蠶豆氣孔關(guān)閉，在CuAO的幾種產(chǎn)物中只有H2O2可以誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉。蠶豆中的CuAO主要存在于質(zhì)外體，ABA迅速提高其活性，并使保衛(wèi)細(xì)胞中H2O2含量升高，CuAO的抑制劑明顯抑制了這一過程。這說明蠶豆中CuAO來源的H2O2參與了ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉.蠶豆的CuAO通過降解腐胺產(chǎn)生H2O2，另兩種常見多胺亞精胺、精胺不能作為CuAO的底物.作為CuAO的底物，腐胺也可以提高CuAO的活性和保衛(wèi)細(xì)胞中H2O2含量，并誘

4、導(dǎo)氣孔關(guān)閉，CuAO的抑制劑明顯抑制了這一過程，這進(jìn)一步說明蠶豆保衛(wèi)細(xì)胞中的CuAO通過降解腐胺產(chǎn)生H2O2來促進(jìn)氣孔關(guān)閉。ABA和腐胺明顯提高了蠶豆保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)Ca2+含量，CuAO抑制劑明顯抑制了這一過程。這進(jìn)一步說明CuAO降解腐胺產(chǎn)生的H2O2通過誘導(dǎo)保衛(wèi)細(xì)胞中Ca2+含量升高從而參與了ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉。 ABA明顯提高了蠶豆葉片質(zhì)膜上另一種產(chǎn)生H2O2的酶-NADPH氧化酶的活性。NADPH氧化酶的抑制劑明顯抑制了

5、ABA誘導(dǎo)的保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)H2O2含量升高和氣孔關(guān)閉，如同時(shí)加入CuAO的抑制劑又可以更大程度的抑制ABA誘導(dǎo)的保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)H2O2含量升高。這說明NADPH氧化酶和CuAO可能各自獨(dú)立的參與了ABA誘導(dǎo)的保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)H2O2的產(chǎn)生。CuAO的抑制劑對(duì)ABA誘導(dǎo)的NADPH氧化酶活性的升高無明顯影響，NADPH氧化酶抑制劑對(duì)ABA和腐胺誘導(dǎo)的CuAO活性的升高也沒有明顯影響。這進(jìn)一步說明蠶豆中CuAO和NADPH氧化酶各自獨(dú)立的參與了ABA誘導(dǎo)

6、的保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)H2O2的產(chǎn)生和氣孔關(guān)閉。 ABA對(duì)氣孔運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)還包括其對(duì)氣孔打開的抑制。本研究表明作為ABA的下游信號(hào)，H2O2也明顯抑制了蠶豆氣孔的打開，并且H2O2的清除劑可以部分的解除H2O2和ABA對(duì)蠶豆氣孔打開的抑制，說明H2O2參與了ABA對(duì)氣孔打開的抑制。CuAO的抑制劑可以部分的解除ABA對(duì)蠶豆氣孔打開的抑制，并且在CuAO的幾種產(chǎn)物中只有H2O2可以抑制氣孔打開，說明CuAO途徑產(chǎn)生的H2O2參與了ABA對(duì)氣

7、孔打開的抑制。作為CuAO的底物，腐胺通過提高CuAO的活性產(chǎn)生H2O2來抑制氣孔打開，CuAO的抑制劑可以部分的解除腐胺對(duì)氣孔打開的抑制。這些結(jié)果說明CuAO通過降解put產(chǎn)生的H2O2參與了ABA對(duì)氣孔打開的抑制。 PLD的抑制劑部分抑制了ABA誘導(dǎo)的蠶豆保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)H2O2含量的升高和氣孔關(guān)閉，如同時(shí)加入CuAO的抑制劑又有更大程度的抑制作用。這說明蠶豆保衛(wèi)細(xì)胞中的PLD也參與了ABA誘導(dǎo)的H2O2含量升高和氣孔關(guān)閉，并且

8、在這一過程中PLD與CuAO之間可能是平行的關(guān)系。PLD的產(chǎn)物PA也明顯提高了蠶豆保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)H2O2的含量并誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，CuAO的抑制劑對(duì)PA的作用無明顯影響，但是NADPH氧化酶的抑制劑部分的抑制了PA的效應(yīng)。這說明PLD的產(chǎn)物PA通過激活NADPH氧化酶產(chǎn)生H2O2來促進(jìn)氣孔關(guān)閉。ABA誘導(dǎo)的蠶豆葉片CuAO活性的升高不受PLD的調(diào)控，這進(jìn)一步說明ABA經(jīng)PLD、NADPH氧化酶產(chǎn)生H2O2誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉和ABA經(jīng)CuAO產(chǎn)生H2O