山西大学金竹萍教授研究组揭示了硫化氢信号对大白菜气孔和非气孔因子响应干旱胁迫的平衡调控作用

大白菜（Brassica rapa L. ssp. pekinensis），十字花科芸苔属两年生草本植物，栽培面积和消费量均居各类蔬菜之首。大白菜生长的莲座期是营养生长最旺盛的阶段，需要有充足的水肥供应。然而，干旱胁迫已成为全球农作物生产的主要限制因素，导致其生物总量、产量和品质下降。如何深入了解干旱条件下大白菜的光合碳同化过程，找到限制光合效率的关键因素，进而采取有效措施进行缓解和克服，成为当前大白菜生产中亟待解决的重要问题。

硫化氢（H₂S）作为继一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之后第三个气体信号分子，广泛参与植物体各个重要的生长发育及抗逆过程。大量研究表明H2S信号可通过诱导气孔关闭响应干旱胁迫。但同时又有H2S信号显著增强植物的光合效率的报道。H2S究竟是如何在干旱胁迫下诱导气孔关闭的同时保证植物高效的光合作用呢？

2022年12月，Horticulture Research上线了（Advance Access）山西大学金竹萍教授研究组题为H₂S mediated balance regulation of stomatal and non-stomatal factors responding to drought stress in Chinese cabbage 的研究论文。该研究组所在的山西大学裴雁曦教授团队长期从事植物体内气体信号分子硫化氢的生理功能研究及应用。

该研究以大白菜为研究材料，从气孔因素和非气孔因素两个方面探讨了H₂S信号响应干旱胁迫的平衡调控机制。首先利用非损伤微测技术 (NMT) 检测了保卫细胞中Cl⁻、K⁺和H⁺的离子流速，发现H2S信号显著诱导Cl⁻和H⁺的跨膜外流，抑制K⁺内流，从而导致气孔关闭，明确了Cl⁻通道是H₂S调控大白菜气孔运动的主要靶标蛋白；同时，生理浓度H₂S显著增强大白菜幼苗的光合限速酶RuBisCO的羧化活性，究其原因可能是通过H₂S对其大亚基BrRBCL进行硫巯基化修饰实现的；另外，H₂S可增加光合色素的积累，促进干旱胁迫下叶片的光合效率。即H₂S信号在大白菜叶片气孔和非气孔因子之间存在一种平衡调控，在诱导气孔关闭减少水分散失的同时，最大限度提高光合效率，促进碳同化作用。该研究成果对于调控干旱胁迫下大白菜的产量和品质具有重要的理论意义和应用前景。

该研究依托特色植物资源研究与利用山西省重点实验室完成，山西大学生命科学学院的博士研究生张文泽和硕士毕业生王磊为论文的并列第一作者；山西大学生命科学学院的裴雁曦教授和金竹萍教授为论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（32172550 和31972428）、山西省自然科学基金（20210302123431）和山西省回国留学基金（2020-014）的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhac284

转自：“园艺研究”微信公众号

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