（植物学专业论文）茉莉酸和一氧化氮调控气孔运动的机制.pdf

中文摘要 茉莉酸( j a ) 作为一种普遍存在于植物界的一种内源生长调节物质，它在胁迫反应尤其是在 锯发癌中豹佟用越来越弓 趋入稍的兴趣。餐哥辩有美敬运输与幸弋谢方嚣静磺究较少，受秃其在 细胞和孤细胞分布的报道。同时其信母转导机制也是有待阐明的问题。本研究以蚕碰叶片、蓊豆 番l 鹎薤摹气藐豫里缎鼹为暂辩对以上勰题进行了探索。 用免痰荧光显徽镜技术和免疫胶体金电铙技术证明j a 在蚕啦叶片下袋皮和气孔保卫细胞上 楚篝遗存我的，它拳要分存在保卫鲴胞的峙绿体、细胞拨和细胞髓上；时持的局部灼伤可提离j a 巍质外体和气孔保卫细胞中水平。用同位素示踪技术研究了3 h - 聃在蚕受幼苗中的运输和分配规 律以及局部灼伤对冀遥输与分配。结柴表明，外源3 h - j a 能够以高于4 5c m m i n 的速率在蚕噩 铺静障内向上和向6 f 运输。简部购傍藏健遴稚。j a 肉受伤部位静调运；蜷鸯蠢3 h - j a 囱成熟弼+ g - 下 袭皮的运输分配比攀；阻止3 h j a 从蹙伤部位的向外输出。推测。伤胁迫下j a 运输与分配的改 交霹靛与德携俸貉镶臻爱痘密甥穗蓑，并存胃裁参与了瓣气魏运动鹃谲控。骜理学实验表明，在 0 , 0 1 1 0 0p m o l l 浓度范围内，j a 可诱导蚕虱叶片气孔关闭并具有明显的浓度效臌和时间进程。 一氧他氨( n o ) 是近年发现我参每保卫绷艟a b a 德号转导豹囊缀努。用n o 特异性荧光探 针d a f - 2 d a 结合激光共聚焦显微技术证明气孔保卫细胞中存在n o t 利角免疫荧光显镦镜技术 和免疫胶体金电镜技术确定气孔保卫绷胞中存谯n o s 类似蛋白，药理学实验表明蚕豆时片n o s 活性具有一定的钙依赖性。扶组织和细胞水平谖碉n o 参与i a 调控气巍运渤的信爵转寻过程。( 1 ) 墒都灼伤和外源j a 都能提商蚕豆叶片和表皮n o 水平釉n o s 活性：( 2 ) j a 促进叶片气i l 保卫 蹋藏n o 鸯孽合成：( 3 ) 乡 滚n o 供俸巍耗诱导气藐关魏，莠其鸯浓整效褒；( 4 ) 低浓度静n o 翥 j a 之间在诱导气孔关闭上存在一定的加合效成；( 5 ) n o 的清除荆p t i o 可大大减弱j a 诱导蚕 受气魏关鹚的捧蠲。攫嚣，n o 是j a 诱导气魏关闭过鞭中必不礴少豹组势。j a ；l 起豹n o 浆增 加主要来自n o s 途径，加入n o s 的抑制赉jl - n a m e 可阻断j a 产生的n o 水平；降低j a 诱导 气弛关翔熬效应。 c a 2 + 参与j a 调控气孔运渤的信霹转导。虢f l u o - 3a m 为c a 2 + 荧光探钟，结合激光热聚焦扫 描显微技术，发现在j a 处理后在数十秒内，在气孔关闭之间可日l 起胞质c a 2 + 浓度的较为迅速上 静。粕天钙豹整含裁可完全隧断王a 落簿气藐燕闭的作溜；c a 2 + j l 螽滋的撺翻帮n i f w 减弱弧诱导 气孔关闭的效应。推测j as l 起的胞内c a 2 + 升商可能主瓣来源于臌外。使用钙的螫台剂、质膜c d + 遴遂靛疆凝热n i f 粒l a c l 3 及缨麓内c 扩遂道麴麴鬟裁避一步 蒌甓c f + 也参与n o 诱导气强关翅 的信号转鼯。 事研究孛我们蕊次确认了气孔摄翌细腿中j a 和n o s 豹存巍独分存：镑 l 起鸵执运输稚分 配的变化可能参与对气孔运动的调控，并提出j a 调控气孑l 运动信号转导的一条可能途径：j a 引 起n o 禽鬣的增加，经第二债使c a 2 + 的作用及其下游事件，最终诱导气孔关闭。 关键词：菜莉酸，一氧化氮，钙，信号转导，蚕豆，保卫细胞 a b s t r a c t j a s m o n i ca c i d ( j a ) i sa ni m p o r t a n te n d o g e n o u sr e g u l a t e ds i g n a lm o l e c u l ew i t hu b i q u i t o u s d i s t r i b u t i o ni n p l a n t s ，a n d i t p a r t i c i p a t e s i np l a n tp h y s i o l o g i c a lp r o c e s s e s m o r er e s e a r c h e sw e r e c o n c e n t r a t e do ni t ss t r e s sr e s p o n s e ，e s p e c i a l l yi nw o u n d i n g h o w e v e r , t h ek n o w l e d g eo fj at r a n s p o r t a n dd i s t r i b u t i o ni ss t i l ll i m i t e d ，f e we x p e r i m e n t sa b o u ti t sl o c a l i z a t i o ni nc e l lo rs u b - c e l la r er e p o r t e d ， a n dt h em e c h a n i s mo fi t ss i g n a lt r a n s d u c t i o ns h o u l db ef u r t h e re l u c i d a t e d t h o s eq u e s t i o n sa r es t u d i e d i nt h i se x p e r i m e n tu s i n ge p i d e r m a lp e e l sa n dl e a v e so fh c i a 丘b a j ad i s t r i b u t i o ni na b a x i a le p i d e r m a lp e e l sa n dg u a r dc e l l sw e r el o c a l i z e db yi m m u n o - e l e c t r o n m i c r o s c o p ya n di m m u n o - f l u o r e s e n c et e c h n i q u e s i ts h o w st h a tj ai se x i s t e di ng u a r dc e l lw a l l s ， c h l o r o p l a s ta n dn u c l e o l u s t r a n s p o r ta n dd i s t r i b u t i o no f3 h j aa n di n f l u e n c eo fl o c a ls c o r c ho nh c i a s e e d l i n gw e r ed e t e r m i n e dbyr a d i o i s o t o p et e c h n i q u e i ti n d i c a t e dt h a t5 h - j ac o u l db et r a n s p o r t e du po r d o w nb yt h er a t eo f4 - 5e m m i nf o l l o wb e i n ga p p l i e df r o mr o o to rs h o o td pi nh c i a f a b as e e d l i n g s ； w o u n d i n ge n h a n c e di t st r a n s p o r tt ow o u n d e dt i s s u ea n dp r e v e n t e di t e f f l u xf r o mw o u n d e dt i s s u e ， i n c r e a s e di ta c c u m u l a t i o ni na b a x i a le p i d e r m i s i tw a sp o s s i b l et h a tt h ed i r e c tt r a n s p o r to fj af r o m u n w o u n d e dt i s s u et ow o u n d e ds i t ec o u l da c c o u n tf o rt h ei n c r e a s eo fj aa f t e rl e a fw o u n d i n g o u r r e s u l t ss u p p o r tt h es u p p o s i t i o nt h a tj ap l a y e da ni m p o r t a n tr o l ea sas i g n a li nt h ed e f e n s er e s p o n s ea n d m i g h tb ei n v o l v e di nr e g u l a t i o no f t h es t o m a t a lm o v e m e n ti nr e s p o n s et ow o u n d i n gs t r e s s e x o g e n o u s j af r o m0 0 1t o1 0 0 t m o l li n d u c e ds t o m a t a lc l o s u r e a n di t se f f e c t sd i s p l a y e do b v i o u st i m e - c o u r s ea n d d e p e n d e do ni t sc o n c e n t r a t i o n s n oa c t sa san e wc o m p o n e n ti n v o l v e di ns i g n a lt r a n s d u e t i o no fa b a - i n d u c e ds t o m a t a lc l o s u r e w i t has p e c i a ln of l u o r e s c e n tp r o b ed i a m i n o f l u o r e s c e i nd i a c e t a t e ( d a f - 2d a ) ，u s i n ge o n f o c a ll a s e r s c a n n i n gm i c r o s c o p y ( c l s m ) w ed e t e c t e dt h a tt h ee x i s t e n c eo fn oi ng u a r dc e l l n i t r i co x i d e s y n t h a s e ( n o s ) l i k ep r o t e i ni na b a x i a le p i d e r m a lp e e l sa n dg u a r dc e l l s w e r el o c a l i z e d b y i m m u n o - e l e c t r o nm i c r o s c o p ya n di m m u n o - f l u o r e s e n c et e c h n i q u e s p h a r m a c o l o g i c a le x p e r i m e n t s s h o w e dt h a tn o sa c t i v i t yi nl e a v e so fl i c i a f a b ai sc a z + _ d e p e n d e n t w ep r o v e dt h a tn oi n v o l v e di n s i g n a lt r a n s d u c t i o no fj a i n d u c e ds t o m a t a lc l o s u r i n gf r o mt i s s u ea n dc e l le x p e r i m e n t s ( i ) n ol e v e l a n dn o sa c t i v i t yi n c r e a s e da f t e rl o c a ls c o r c ho nh c i as e e d l i n ga n da p p l y i n ge x o g e n o u sj a ；( i i ) j a i n d u c e dr a i s i n g o f n o i n g u a r dc e l lo f h c i a ；( i i i ) a p p l i c a t i o n o f e x o g e n o u s o f n od o n o r sc o u l d i n d u c e s t o m a t a lc l o s u r e ，i t se f f e c t sa l s od e p e n d e do ni t sc o n c e n t r a t i o n s ；( i v ) t h e r ew e r es y n e r g e t i ce f f e c t b e t w e e nj aa n dl o w e rn oc o n c e n t r a t i o ni nr e g u l a t i n gs t o m a t a lm o v e m e n t ；( v ) j a - i n d u c e ds t o m a t a l c l o s u r ew a sl a r g e l yp r e v e n t e db y2 - p h e n y l 一4 ，4 ，5 ，5 - t e t r a m e t h y l i m i d a z o l i n e 一1 - o x y l - 3 一o x i d e ( p t i o ) ，a s p e c i f i cn os c a v e n g e r a ni n h i b i t o ro fn o si nm a m m a l i a nc e l l s 胪一n i t r o l - a r g - m e t h y l e a t e r ( l - n a m e ) ，a l s oi n h i b i t sp l a n tn o sa c t i v i t y , c o u l dr e p r e s sj a i n d u c e dn op r o d u c ea n dj a - i n d u c e d s t o m a t a lc l o s u r e t h ee x p e r i m e n t a le v i d e n c e sp r e s e n t e di nt h i ss t u d ys u g g e s t e dt h ep o s s i b i l i t yt h a t r a i s e dn ow a sm a i n l yc o m ef r o mn o sa f t e rj at r e a t m e n t w i t hc a ”f u o r e s c e n tp r o b ef l u o - 3 a m ，u s i n gc o n f o c a ll a s e rs c a n n i n gm i c r o s c o p y ( c l s m ) ， c y t o s o l i cf r e ec a l c i u m ( c a ” 1 ) c h a n g e si ng u a r dc e l l so fh c i a 庙b al w e r em e a s u r e d w eo b s e r v e d t h a tb e f o r es t o m a t a lc l o s u r ej ac o u l di n c r e a s e df c d + w i t h i naf e ws e c o n d s ，f o l l o w i n gad e c l i n et ot h e i n i t i a ii e v e l a f t e rs e v e r a lm i n u t e s r e m o v a lo fe x t r a e e l l u l a rc a l c i u mw i t he g t aa n du s i n gc a ” c h a n n e lb l o c k e r si n h i b i t e dj a i n d u c e ds t o m a t a lc l o s u r e i ts u g g e s t e dt h a tj as i g n a lp r i m a r i l ym o b i l i z e c a 2 。f r o mi n t r a c e i l u i a rs t o r e ( s )s t u d i e so fu s i n ec a 2 + c h a n n e lb l o c k e r sa n dt h ec a 2 + c h e l a t o re g t a f u r t h e rd e m o n s t r a t e dt h a tc a 2 + a l s oi n v o l v e di ns i g n a lt r a n s d u c t i o no f n o - i n d u c e ds t o m a t a lc l o s u r e i ns u m m a r y , w ei d e n t i f i e df i r s t l yt h a te x i s t e n c ea n dd i s t r i b u t i o no fj aa n dn o si ng u a r dc e l l ； p r e s u m e dt h a tt h ed i r e c tt r a n s p o r to fj af r o mu n w o u n d e dt i s s u et ow o u n d e ds i t ec o u l da c c o u n tf o rt h e i n c r e a s eo fj aa f t e rl e a fw o u n d i n g ，a n di n v o l v e ds t o m a t a lc l o s u r e ，a n dp r o p o s e dap o s s i b l ep a t h w a yo f j ai n v o l v e di nr e g u l a t i n gs t o m a t a lm o v e m n t sa sf o l l o w s ：t h ep r o d u c t i o no fn os t i m u l a t e db yj a t r i g g e r st h ei n c r e a s e so fc y t o s o l i cc 一+ c o n c e n t r a t i o n s u b s e q u e n t l ya c t i v a t eo t h e rd o w n s t r e a mr e a c t i o n s a n de v e n t u a l l yi n d u c e ss t o m a t a lc l o s u r e k e yw o r d s ：j a s m o n i ca c i d ，n i t r i co x i d e ， c a 2 q 。s i g n a lt r a n s d u c t i o n ，h c i a f a b al ，g u a r de e l 独创性声明 y s s 8 s 2 7 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中姆澍加以标注和致谢的地方夕 ，沦文中不包含其他人已经发 表戚撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 丽使用过的举孝搴串。与我一耐工作的同志对本研究所傲鲔任僻贡献均已在论文中佟了明 确的说明并表示了谢意。 磷究生签名： j 。j 钦 时间：2 0 。3 年5 月3 l 甬 关于论文使用授权的说明 本人完全了缀中重农蔓2 大学蠢关缳整、镬爱学位论文熬援定，蠲：学校毒投缳罄 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印成扫描等复 割手段保存、汇翁学经论文。嗣意中嚣农妲大学磷以用不越方式在不溺媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 保密鹣学蕴论文在熊密嚣蔽遵守魏游议) 研究生签名： 主，j 每 时间：2 。3 年5 月3 1 臼 颍签名：魂蚤纸 黠闽确。3 年5 胃3 l 疑 英文缩写 a 赫a b a i q a b s a d a 群_ 2 d a d m s o e 釉蕾盏 e g t a t c j a i ，n a m e m 嚣s n 王f n o n o s p m s f l 呵i o r r s n p t f p 薨文名称 缩写词 a b s c i s i ca c i d 1 2 出i s ( o - a m i n o p h e n o x y ) e t h a u e - n 一，n ， n - r e t r a a c e t a t e b o v i n es e r t l l ia l b u m 融 d i a m i n o f l u o r e s c e i nd i a c e t a t e d i m e t h y ls u l f o x i d e e t h y l e n e d i a m i n et e t r a a c e t i ca c i d e t h y l e n eg l y c o l - b i s ( b - a m i n o e t h y e t h e r ) n ，n ，毽n , - t e l r a c e t i ea c i d f l u o r e s c e n c ei s o t h i o c y a n a t e j a s m o n i ca c i d 胪n i t r o l 以喈- m e t h y le a t e r 2 - ( n - m o r p h o l i n o ) e t h a n e s u l f o n i e a c i d n i f e d i p i n e n i 悄co x i d e n os y n t h a s e p h e n y l m e t h y l s u l f o n y lf l u o r i d e 2 一p h e n y l - 4 ，4 ，5 ，5 - t e t r a m e t h y l i m i d a z o l i n e - i - o x y l - 3 - o x i d e r u t h e n i u mr e d s o d i u mn i t r o p m s s i d e t r i f l u o p e r a z i n e 中文名称 袋藩酸 牛巍渣蛋自 二甲基亚砜 z = 胺四乙酸 乙= 醇双( - 2 一氨乙基) 四乙酸 菜赫黢 芦。硝基l 精氨酸甲酯 2 - n 。鸥璃 墩。乙烷磺酸 硝苯毗啶 一氧化氮 一氧化氮含酶 苯甲基磺酸氟 钉红 硝普钠 三氟拉嗪 中国农业大学博士学位论文试剂 试剂名称 1 2 - b i s ( o - a m i n o p h e n o x y ) e t h a n e - n ，n n ，n - t e t r a a c e t a t e 2 一n q m o r p h o l i n o ) e t h a n e s u l f o n i ca c i d 2 - p h e n y l 4 ，4 ，5 ，5 一t e t r a m e t h y l i m i d a z o l i n e 一 1 - o x y l - 3 - o x i d e b s a d i a m i n o f l u o r e s c e i nd i a c e t a t e d i m e t h y ls u l f o x i d e e t h y l e n eg l y c o l b i s ( b a m i n o e t h ye m e n n ，n ，n ，n ，- t e t r a c e t i ca c i d e t h y l e n e d i a m i n et e t r a a c e t i ca c i d f l u o 一3a m f l u o r e s c e n c ei s o t h i o c y a n a t e i g - f l u o r e s c e n c ei s o t h i o e y a n a t e j a s m o n i ca c i d m o n o c l o n a la n t i - n i t r i co x i d es y n t h f l s e n a - n i t r o l - a r g - m e t h y le a t e r n i f e d i p i n e p e c t o l a s ey 2 3 p h e n y l m e t h y l s u l f o n y lf l u o r i d e r u t h e n i u mr e d s o d i u mn i t r o p r u s s i d e t r i f l u o p e r a z i n e 试剂 b a m m e s p t i o 牛血清蛋白 d a f - 2 d a 二甲基亚砜 乙二醇双( - 2 氨乙基) 四 乙酸 乙二胺四乙酸 羊抗鼠i g g - f i t c 茉莉酸 n o s 单克隆抗体 j i v ( ；硝基l - 精氨酸甲酯 硝苯毗啶 果胶酶 p m s f 钌红 硝普钠 三氟拉嗪 来源 s i g m a s i g m a s i g m a g e r m a n y b m s i g m a 国产分析纯 s i g m a 国产分析纯 m o l e c u l a rp r o b e 中山试剂公司 中山试剂公司 s i g m a s i g m a s i g m a s i g m a y a k u l t g e r m a n yb m s i g m a s i g m a s i g m a 中国农业大学博士学位论文第一章植物体内茉莉酸的台成代谢及其介导的伤信号转导途径 第一部分伤胁迫下茉莉酸在蚕豆中的运输与分布 第一章植物体茉莉酸的合成代谢及其介导的伤信号转导途径 1 1 植物体内荣莉酸的合成与代谢 1 1 1 植物体内茉莉酸的合成 茉莉酸( 3 一氧- 2 2 一顺一戊烯基一环戊烷1 乙酸，j a s m o n i ca c i d ，j a ) 及其甲酯( j a - m e ) 是一类脂 肪酸的衍生物。研究表明，荣莉酸类( j a s ) 不仅影响植物的生长和发育，参与水分胁迫( x i n 等， 1 9 9 7 ) 和盐胁迫( w a n g 等，2 0 0 1 ) ，而且与抵抗病原侵染有关( k u n k e l 和b r o o k s ，2 0 0 2 ) 。茉莉 酸类( j a s ) 生物合成的最初前体是亚麻酸，它在脂氧合酶的催化下，氧化成1 3 ( s ) - 氢过氧- 亚麻酸 然后在氢过氧化物脱氢酶的作用下形成1 2 ，1 3 环氧亚麻酸。经过结构重排，环化为1 2 - 氧- 植物 二烯酸，进一步经过还原、b 一氧化形成j a ，j a 羧基中的氢被甲基取代后形成j a m e ( 图1 ，1 ) ( s e m b d n e r 和p a r t h i e r ，1 9 9 3 ) 。 亚麻酸 1 3 ( s ) - 氢过氧 l 脂氧含酶 一亚麻酸 氢过氧化物脱氢酶 l 结构重排环化 1 2 氧，植物二烯酸 还原 b 一氧化 i 茉莉酸( - ) j a 及其甲酯( j a m e ) 图i 1 植物体内茉莉酸的生物合成 植物体中催化j a 生物合成的酶不是诱导性的，而是组成性的( c o n s t i t u f i v e ) ( l e 6 n 和s 6 n c h e z - s e r r a n o ，1 9 9 9 ) 。j a 生物合成中的关键酶有脂氧合酶( 1 i p o x y g e n a s e ，l o x ) 、丙二烯氧化酶 ( a l l e n eo x i d es y n t h a s e ，a o s ) 、丙二烯氧化物环化酶( a l l e n eo x i d ec y e l a s e ，a o c ) 和1 2 - 氧，植物二 烯酸还原酶( 1 2 o x o p h y t o d i e e n o i ca c i dr e d u c t a s e ，o p r ) 。用a 亚麻酸和j a 生物合成途径中的其它 中间产物饲喂植物均可引起j a 生物合成。其中j a 合成部位的伍亚麻酸的含量是j a 台成的限速 冈子，当番茄受至机械损伤时，其叶片中游离的一砸麻酸含量快速增加，j a 随之迅速合成( c o n c o n i 等，1 9 9 6 ) 。伤可能是通过直接活化编码合成的酶( l o x ，a o s ，a o c 和o p r ) 进而触发j a 的从头合成( c h e o n g 等，2 0 0 2 ) 。 中国农业大学博士学位论文第一章植物体内荣莉酸的合成代谢及其介导的伤信号转导途径 脂氧合酶( l o x ) 脂氧合酶( l o x ) 催化j a 生物合成途径中的第一步反应，将“亚麻酸氧化为( s ) _ 氢过氧麻 酸( 1 3 s h p l a ) 。l o x 具有多种同工酶，如大豆中l o x 有4 种同工酶，l o x 一1 ，l o x 2 ，l o x - 3 a ， l o x 3 b 。植物体内的l o x 分子量约为9 5 0 0 0 u 。目前己得到l o xe d n a 。植物体不同组织中都 检测到l o x 。l o x 主要存在于细胞质中，在叶绿体、线粒体、液泡、细胞核和脂体中也有分布。 不同类型的l o x 同工酶其分布会有所差异，可能具有不同的生物意义。马铃薯块茎和叶片上l o x 与微粒体和质膜相结合( f i d a n t s e f 和b o s t o c k ，1 9 9 8 ) ；m e 2 a 诱导拟南芥l o x 即可在叶绿体中 表达，又可在液泡和质膜上表达( b e l l ，1 9 9 5 ) ；在烟草成熟种子中l o x 存在于脂体上，而绿色 叶片中l o x 主要积累于细胞质中( h a u s e 等，2 0 0 0 ) 。 l o x 的表达和活性受生长发育和许多外界条件的调控，如幼嫩和正在生长的组织l o x 活性 较高；伤害、病原菌侵染和干旱均可提高l o x 的活性( h e i t z 等，1 9 9 7 ) ：系统素和j a 可诱导 l o x 表达( h e i t z 等，1 9 9 7 ：h a i l s e 等1 9 9 9 ) ，但组成型的l o x 足以满足j a 生物合成所需。 丙二烯氧化物台酶( a o s ) 此酶曾被称为氢过氧化物环化酶、氢过氧化物异构酶和脂肪酸氢过氧化物脱水酶又被命名 为氢过氧化物脱水酶( h y d r o p e r o x i d ed e h y d r a t a s e ) 。它以多种脂肪酸氢过氧化物为底物转化成各 自的丙二烯氧化物( s o n g 和b r a s h ，1 9 9 1 ) 。拟南芥中的a o s 是一类分子量为5 5 0 0 0 u 的细胞色 素p 4 5 0 。不同植物a o s 的分布有所差异。如菠菜a o s 主要存在于叶绿体的外膜上，基质和类囊 体很少存在a o s ；番茄的i e a o s 却可以在植物体的各个器官都表达。此外，伤害( h o w e 等，2 0 0 0 ) 、 系统素、1 2 氧一植物二烯酸、j a 和乙烯等外界刺激也影响a o s 的表达( s i v a s a n k a r 等，2 0 0 0 ) 。 a o sm r n a 及其蛋白在正常植株中保持低水平，受伤后积累达到高水平。p a r k 等( 2 0 0 2 ) 利用 a o s 突变体研究j a 合成机制，发现伤后1h 拟南芥野生植株内源j a 的水平提高1 0 0 倍，而 对a o s 突变体的j a 水平没有影响：伤诱导后a o s 转基因植株的j a 含量高于野生型的 5 0 1 0 0 ( p a r k 等，2 0 0 2 ) 。表明，a o s 在j a 合成过程中起非常重要的作用，a o s 的表达是 受伤植株j a 合成的限制因子。但a o s 的底物氢过氧化物是由位于其上游的酶( l o x 和磷脂 酶) 调控，它决定非受伤植株j a 的水平。 丙二烯氧化物环化酶( a o c ) 在j a 生物合成途径中，a o c 将1 2 ，1 3 ( s ) 环氧亚麻酸吸出9 ( s ) ，1 3 ( s ) 1 2 氧一植物二烯酸 ( 1 2 - o p d a ) 。玉米中它是一种分子量为4 5 0 0 0 u 的可溶性酶( h a m b e r g ，1 9 8 8 ) 。 1 2 氧植物二烯酸还原酶( o p r ) o p r 催化1 2 - o p d a 的环戊烷酮中的1 0 ，11 双键，加氢还原形成l o ，1 l 一二氢- 1 2 - o p d a 。玉米 籽粒和幼苗中o p r 的分子量为5 4 0 0 0 u 。用缺失o p r 基因的突变体证明，o p r 是j a 生物合成中 的关键酶( s a n d e r s 等，2 0 0 0 ：s t i n t z i 和b r o w s e ，2 0 0 0 ) 。 j a 的生物合成过程起始于叶绿体，告终于过氧化物体( 图1 2 ) ( l e 6 n 和s 6 n c h e z - s e r r a n o ， 1 9 9 9 ) 。其中在叶绿体中，催化* 亚麻酸代谢的关键酶有：脂氧合酶( l o x ) 、丙二烯氧化酶( a o s ) 、 丙二烯氧化物环化酶( a o c ) 。在叶绿体中，叶绿体质膜上的3 - d e s a t u r a s e ( 3 - d e s ) 作用于 油酸( 1 8 ：2 ) ，形成j a 合成的前体物业麻酸( 1 8 ：3 ) 。经l o x 、a o s 和a o c 催化后产生1 2 o x o p d a ， 然后1 2 一o x o p d a 从叶绿体转移到细胞质中，在o p r 的作用下转化成o p c 8 ：0 2 中国农业大学博士学位论文第一章植物体内茉莉酸的合成代谢及其介导的伤信号转导途径 ( 3 - o x o 一2 f 2 - p e n t e n y l ) c y c l o p e n t a n e - l - o c t a n o i c a c i d ) ；o p c 一8 ：0 再转运到过氧化物体中经d 一氧化作 刖最后形成j a ( l e 6 n 和s 6 n c h e z - s e r r a n o ，1 9 9 9 ) 。 ，撕m 口n 缸口c d 图1 2 植物体j a 合成模式图( l e 6 n 和s a n c h e z - s e r r a n o ，1 9 9 9 ) 1 1 2 植物体内茉莉酸的分布与代谢 最早从真菌l a s i o d i p i o d i at h e o b r o m a e 培养滤液中分离出游离的( - ) - j a ( a l d r i g e 等，1 9 7 1 ) 。 后来证明它是普遍存在于许多高等植物体的内源物质( s e m b d n e r 和p a r t h i e r ，1 9 9 3 ) 。k n 6 f e l 等 ( 1 9 9 0 ) 对1 6 0 多种植物体内茉莉酸类化合物的分布调查证明它在被子植物中最普遍。分布于植 物体的各部分，在生长部位如茎端、嫩叶、未成熟果实、根尖等处含量高。不同植物体和不同器 官中茉莉酸的含量有所差异。如豆科植物和被子植物都含有j a 或j a - m e ，其中果实含量最多， 尤其是未成熟的果皮，如蚕豆有j a3 1 0 0n g g 鲜重，大豆为1 2 6 0n g g 鲜重，花和叶、茎、芽的 营养器官中也有，但含量较少，每克鲜重约为1 0 - - 1 0 0n g 。但还未见有关荣莉酸在细胞和亚细胞 水平分布特征的报道。 j a 在胁迫反应尤其是在伤反应中的作用也越来越激发人们的研究兴趣。但目前有关j a 运输 与代谢方面的研究较少，尤其是在伤反应中j a 运输与代谢的报告就更为罕见。用放射免疫技术 首次在不同植物的木质部汁液中检测出高浓度游离态的j a ( 1 1 0 肛咖i 木质部汁液) ，发现在 2 0r a i n 内j a 和j a m e 的代谢极其微弱，没有检测到j a 代谢物的存在表明j a 可能始终以游离 态形式运输( d a t h e 等，1 9 9 3 ) 。y o s h i h a r a 等( 1 9 9 6 ) 义以2 周龄的马铃薯为材料研究了“c - ( - f ) j a 中国农业大学博士学位论文第一章植物体内茉莉酸的合成代谢及其介导的伤信号转导途径 的代谢及运输。表明叶肉细胞质膜对游离j a 的透性高，但对结合态的j a 吸收率很低。在饲喂后 第5 天才明显检测到j a 代谢物的形成，认为j a 以游离态形式运输的原因之一可能是j a 代谢反 应速度慢( y o s h i h a r a 等，1 9 9 6 ) 。z h a n g 和b a l d w i n ( 1 9 9 7 ) 用1 4 c - j a 饲喂烟草成熟叶片，发现 “c j a 可以快速地运输到根系和幼叶，但在其它成熟叶片未检测到放射活性。认为j a 从叶片到 根部的直接输出可能是叶片受伤后根系“c j a 增加的原冈。马焕普等( 1 9 9 8 ) 采用示踪技术发现在 海棠幼苗和枝条中j a 的行径主要由韧皮部自上而f 运输。 烟草n t 片受到伤害时受伤部位内源j a 的水平会快速增加( 为对照的1 0 倍) ，根系的j a 含量 也升高为对照的3 5 倍( b a l d w i n 和s c h m e l z ，1 9 9 4 ：b a l d w i n 等，1 9 9 7 ) 。z h a n g 和b a l d w i n ( 1 9 9 7 ) 认为j a 含量增加可能是由两种原因造成：( 1 ) 作为伤诱导的次级效应，在受伤部位新合成j a 。 ( 2 ) 在伤诱导下j a 从存储库或由结合态的j a 释放出游离态的j a 。此外还有一种可能就是，在伤 害条件下j a 在植物体内发生重新分布。用j a 合成的抑制剂证明在伤反应中j a 从头合成的重要 性( b a l d w i n 等，】9 9 4 ；1 9 9 7 ) ，亦有证据表明，j a 能够以结合态形式存在，当接受外界信号时 j a 的存储库可释放游离态j a ( k r a m e l l 等1 9 9 5 ) 。可以利用j a 合成、代谢或反应突变体进一步 探明植物体内j a 运输与代谢的特点，以及j a 的分布、定位和在信号转导中所起的作用。所有这 些内容的研究都将为阐明j a 的生理作用机制奠定基础。 1 2 植物的伤信号转导途径 伤害( 虫害、机械创伤和病原侵害等) 是植物生中所面临的最严重的逆境之一。为了对伤 胁迫作出快速、适当的反应以维持其生命活动，植物体己形成多种保护机制。如形成愈伤组织， 术质素、富含羟脯氨酸的糖蛋白、合成植物抗毒素( p h y t o a l e x i n s ) 和1 3 - 1 3 葡聚糖、几丁质、蛋 白酶抑制物( p l s ) 、病原相关蛋白( p r p s ) 等( s a n o 等，1 9 9 6 ) 。伤诱导的蛋白具有多种生理功能 ( l e 6 n 等，2 0 0 1 ) ，如修复受伤组织；参与激活防御反应的信号转导过程等。通常认为对病原和 伤害反应，植物体内存在两个特异的信号转导途径。但近来的研究表明，伤信号和病原信号途径 存在着交叉。植物体的伤信号转导过程包括信号的产生、运输、感受及转导至激发伤诱导基因的 表达。钙，钙调素、可逆的蛋白磷酸化活性氧等都是伤信号转导途径中的成员( l e 6 n 等，2 0 0 1 ) 。 不同伤信号的输出是一个复杂的网络系统，诱导表达不同防御基因引起不同的反应，此外， 不同植物体其伤信号转导途径不同( l e 6 n 等2 0 0 1 ) 。如o l i g o s a c c h a r i d e 应答基因在受伤部位表 达而对j a 应答的基因在非受伤部位大量累积：病原菌侵染后需要同时感受j a 和乙烯信号， p d f i 2 基因才能全部表达( p e n n i n c k x 等，1 9 9 8 ) 。在茄科植物上寡半乳糖醛酸( o l i g o g a l a c t u r o n i d e s ) 经j a 依赖型信号诱导伤反应基因的表达，而在模式植物