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PCE厦大郑海雷组:NMT发现H2S促水淹时根系吸Ca2+ 为从线粒体角度揭示H2S在红树植物水淹适应中的作用提供证据


 

基本信息

主题:NMT发现H2S促水淹时根系吸Ca2+ 为从线粒体角度揭示H2S在红树植物水淹适应中的作用提供证据

期刊:Plant Cell and Environment

影响因子:7.947

研究使用平台:NMT水旱胁迫创新平台

标题:Hydrogen sulfide upregulates the alternative respiratory pathway in mangrove plant Avicennia marina to attenuate waterlogging-induced oxidative stress and mitochondrial damage in a calcium-dependent manner

作者:厦门大学郑海雷、钟友辉、郭泽军、魏明月

 

检测离子/分子指标

Ca2+

 

检测样品

白骨壤幼苗根(距根尖200 µm根表上的点)

 

中文摘要

硫化氢(H2S)被认为是调节植物生长发育的物质。然而,H2S是否调节红树林植物对潮间带洪水生境的适应还不清楚。本研究以氢硫化钠(NaHS)为H2S供体,研究了H2S对红树植物白骨壤水淹胁迫的影响。结果表明,淹水24小时增加了根系活性氧(ROS)和细胞死亡;过多的线粒体ROS积累具有强氧化性,导致线粒体结构和功能损伤,而NaHS处理可以抵消水淹引起的氧化损伤。进一步研究表明,H2S通过增加交替氧化酶基因的表达和增加交替呼吸途径占线粒体呼吸总量中的比例来降低线粒体ROS的产生。其次,H2S增强了白骨壤根系的抗氧化体系能力。同时,H2S促进根了Ca2+内流,激活了细胞内Ca2+感应相关基因的表达。此外,H2S对水淹的缓解作用可以通过Ca2+螯合剂和Ca2+通道阻滞剂逆转。综上所述,本研究首次从线粒体角度解释了H2S在红树林植物水淹胁迫适应中的作用。

 

离子/分子流实验处理方法

(1)白骨壤幼苗水淹处理24 h;
(2)白骨壤幼苗瞬时H2S处理。

 

离子/分子流实验结果

为了确定Ca2+是否参与了H2S对白骨壤水淹胁迫的缓解作用,采用NMT系统测定了白骨壤幼苗根系Ca2+的净通量。我们测定了在24 h水淹处理的同时200 µM NaHS对A. marina的根系Ca2+通量的影响。结果表明,在正常条件下Ca2+内流稳定地保持在−4.9±0.7 pmol cm−2 s−1左右,而NaHS的瞬时加入迅速增加了Ca2+内流,并最终在几分钟内稳定下来。此外,我们还测量了不同处理组合下的Ca2+通量。结果表明,与对照相比,水淹处理增加了Ca2+内流,水淹的同时H2S处理进一步增强了Ca2+内流。然而,HT + PAG处理减少了H2S引起的Ca2+内流。更重要的是,LaCl3 + EGTA处理导致Ca2+外排,完全逆转了内涝和H2S处理引起的Ca2+内流。以上结果结果表明,水淹胁迫和H2S处理均显著诱导白骨壤幼苗根系Ca2+内流。

 

图1..H2S对白骨壤幼苗根Ca2+流速的影响。正值代表外排,负值代表吸收。

 

其他实验结果

该研究发现24小时的没顶水淹导致白骨壤根部的ROS积累和细胞死亡,过量的Mito ROS积累导致线粒体结构和功能的损害。然而,NaHS(外源H2S供体)处理缓解了由水淹胁迫引起的植物氧化损伤。进一步研究发现H2S通过增加交替氧化酶基因(AOX1a)的表达,从而提高交替呼吸途径占总呼吸的比例(Valt/Vt),来减少Mito ROS的产生。其次,H2S诱导了抗氧化酶相关基因的表达来提高抗氧化系统的能力。同时,H2S诱导了根Ca2+的内流,激活了细胞内Ca2+通道和Ca2+相关基因的表达。此外,H2S对水淹的缓解作用可以被Ca2+螯合剂和Ca2+通道阻断剂所逆转。

 

结论

总的来说,H2S通过提高水淹胁迫下交替呼吸途径和抗氧化系统来减少Mito ROS的产生和细胞内ROS的积累,保证植物细胞内的氧化还原平衡,从而缓解水淹胁迫造成的线粒体结构和功能损伤,并且这个过程需要Ca2+参与。本研究首次从线粒体角度解释H2S在红树林植物水淹适应中的作用。

图2.H2S以Ca2+依赖的方式上调红树林植物白骨壤幼苗的交替呼吸途径以减轻水淹诱导的氧化应激和线粒体损伤的功能示意图模型。

 

测试液

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl2, 0.1 mM MgCl2, 0.5 mM NaCl, 0.3 mM MES,
0.2 mM Na2SO4, pH 6.0

 

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统


文章原文:https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2022.106377

 

供稿:钟友辉

编辑:叶斌,刘兆义

 

关键词:H2S;Ca2+;线粒体;水淹胁迫;白骨壤;植物类