【摘 要】
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硫化氢（H2S）是一种气体信号分子,在植物应对镉（Cd）胁迫响应中发挥重要作用。D-半胱氨酸脱巯基酶（DCD）是植物体内生成H2S的关键酶之一,但其是否参与植物镉胁迫应答以及在此过程中如何被调控还不清楚。在本论文中,我们首先证明了DCD通过生成H2S参与拟南芥镉胁迫应答。镉胁迫下,DCD介导产生的H2S通过上调镉输出相关基因的表达以及过氧化物酶的酶活来降低镉和活性氧的积累从而提高植物对镉胁迫的抗性
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硫化氢（H2S）是一种气体信号分子,在植物应对镉（Cd）胁迫响应中发挥重要作用。D-半胱氨酸脱巯基酶（DCD）是植物体内生成H2S的关键酶之一,但其是否参与植物镉胁迫应答以及在此过程中如何被调控还不清楚。在本论文中,我们首先证明了DCD通过生成H2S参与拟南芥镉胁迫应答。镉胁迫下,DCD介导产生的H2S通过上调镉输出相关基因的表达以及过氧化物酶的酶活来降低镉和活性氧的积累从而提高植物对镉胁迫的抗性。进一步的研究发现,镉胁迫诱导DCD的表达,而该过程受到镉胁迫响应中的正调控因子WRKY13转录因子对DCD基因的转录调控。论文主要结果总结如下:1.镉胁迫诱导野生型拟南芥中H2S的生成,而在dcd突变体中,镉胁迫诱导产生的H2S含量显著低于野生型,并且dcd对镉胁迫更加敏感。外援施加H2S的释放剂NaHS以及DCD::DCD dcd回复株系均可回复dcd对镉胁迫的敏感表型,此外过表达DCD基因可以增强拟南芥对镉胁迫的抗性,以上结果表明DCD介导生成的H2S参与拟南芥镉胁迫应答。2.利用RNA-seq对镉胁迫下野生型和dcd突变体进行转录组测序和分析,通过筛选差异表达基因发现在dcd突变体中,镉外排相关基因PCR1、PCR2、PDR8的表达较野生型明显下调,表明DCD可能通过调控镉胁迫下镉的积累参与拟南芥抗镉途径。3.对野生型、dcd、DCD::DCD dcd以及DCDox中镉胁迫相关基因的表达水平以及镉含量进行分析,结果表明在镉胁迫下DCD介导生成的H2S通过促进镉外排相关基因PCR1、PCR2、PDR8的表达来降低镉的积累,从而增强拟南芥对镉胁迫的抗性。4.对野生型、dcd、DCD::DCD dcd以及DCDox中活性氧的含量以及过氧化物酶的活性分析表明,在镉胁迫下DCD介导生成的H2S通过促进过氧化物酶SOD和CAT酶活来降低活性氧的积累从而增强拟南芥对镉胁迫的抗性。5.镉胁迫诱导DCD的表达以及DCD酶活,遗传实验证明野生型中镉胁迫诱导的DCD基因表达和D-CDes酶活在wrky13突变体中被显著抑制,表明WRKY13调控了镉胁迫下DCD的表达。并且烟草瞬时表达、染色质免疫共沉淀（ChIP）以及电泳迁移率凝胶阻滞实验（EMSA）多个实验结果均表明WRKY13通过与DCD启动子结合调控DCD的表达。6.遗传实验证明在wrky13-3突变体中过表达DCD可回复wrky13-3对镉胁迫的敏感表型,表明DCD位于WRKY13下游参与镉胁迫应答。综上所述,论文研究结果表明WRKY13通过诱导镉胁迫下DCD的表达上调H2S的积累,进而调控拟南芥对镉胁迫的耐受性。
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