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血红素加氧酶/一氧化碳系统缓解渗透胁迫对小麦种子萌发的抑制

刘雅辉  凌腾芳  叶茂炳  徐朗莱  沈文飚  
【摘要】:近年来,一氧化碳(CO)在动物中的生理作用已得到了广泛证明,其主要合成酶类为血红素加氧酶(HO EC 1.14.99.3)。已经知道,HO/CO系统在动物细胞对抗氧化伤害的自我保护机制中发挥重要作用。在本实验中,首先将小麦种子经不同浓度的PEG-6000(12.5%、25%和50%)胁迫48h后,转入蒸馏水中继续培养3、6和12 h,发现12.5%和25%PEG胁迫后的恢复过程中HO的活性及HO-1的基因表达量都显著提高,其中12.5%PEG诱导效应最为明显。与对照相比,25%PEG胁迫处理还显著抑制小麦种子的萌发及诱导膜脂过氧化程度的提高,而50%PEG处理则不能恢复HO表达。利用HO-1的诱导剂高铁血红素(hematin)处理小麦种子,发现hematin以浓度依赖的方式显著缓解由25%PEG引起的渗透胁迫对小麦种子萌发的抑制,其中1.0μM hematin处理效应最为显著,其通过增强总淀粉酶以及结合态β淀粉酶的活性来加速储藏物质的降解,同时上调了抗氧化酶的活性;运用半定量RT-PCR的方法也证实了上述实验结果。为了揭示由内源HO产生的CO是否参与了渗透胁迫下小麦种子的萌发,我们运用不同稀释度的CO气体饱和溶液处理渗透胁迫下的小麦种子,发现其具有与hematin相似的生理效应。通过测定处理12 h后CO气体的含量,发现1.0μM hematin还能够诱导内源CO气体的释放,且CO气体的含量与HO活性的变化是一致的。进一步运用HO-1的抑制剂锌原卟啉(ZnPPIX)及CO的清除剂血红蛋白(Hb)则消减了上述诱导效应。最后,我们还发现上述诱导效应可能与一氧化氮(NO)信号有关,因为hematin处理可诱导产生NO;当加入一氧化氮合酶(NOS)抑制剂L-硝基精氨酸甲酯(L-NAME)及L-硝基精氨酸(L-NNA)后,上述由CO引起的诱导效应被不同程度的削减。总之,我们推测NO可能是HO/CO系统诱导渗透胁迫下小麦种子萌发过程中的下游信使分子。

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