氢气提高植物耐旱能力的分子基础

这是南京农业大学沈文飚教授课题组最近发表在《植物生理学》上的论文Reactive OxygenSpecies-Dependent Nitric Oxide Production Contributes to Hydrogen-Promoted StomatalClosure in Arabidopsis。

氢气在动物和植物均存在效应，但具体作用机制仍不十分清楚，如氢气提高植物耐受干旱的作用机制等尚需要深入研究。在最新这一研究总，作者报道了脱落酸可通过促进细胞内氢气、活性氧、一氧化氮和卫细胞外向整流钾通道等一系列细胞内通路，诱导拟南芥发生气孔关闭。脱落酸可引起拟南芥快速持续地氢气产生和释放，氢气溶液也能有效促进细胞内氢气的产生（不复合反馈原理），同时拟南芥气孔孔径变小，提高耐干旱能力。氢气溶液引起拟南芥气孔孔径变小的同时，

明显诱导一氧化氮和活性氧的产生，当植物硝酸还原酶或者NADPH氧化酶基因缺陷时，这种效应均消失。进一步研究发现，氢气溶液促进一氧化氮产生是依赖于活性氧的产生。NADPH氧化酶缺乏时，氢气容易促进一氧化氮产生，气孔关闭等效应均受到影响，这些基因缺失产生效应可以被外源性补充一氧化氮逆转。

硝酸还原酶基因缺陷时，氢气溶液和过氧化氢都无法诱导一氧化氮的产生和气孔关闭，但氢气溶液促进活性氧的效应不受影响（注意：这里是提高活性氧的水平，和大家公认的看法不同，氢气的许多无法理解的效应或者就是小剂量毒性激活效应或者预适应效应）。当卫细胞外向整流钾通道基因缺失时，脱落酸、氢气、一氧化氮和（不可以用or）过氧化氢诱导气孔关闭的效应被部分抑制。

总之，这些研究确定了氢气诱导气孔关闭可能是通过脱落酸信号通路系统，而且是依赖产生活性氧的NADPH氧化酶、一氧化氮代谢有关的物硝酸还原酶和卫细胞外向整流钾通道等关键效应分子。这一研究将氢气的植物效应领域提高了一个层次，从现象到分子本质前进了一步，并发现氢气的效应可能存在正反馈效应，这种效应可能是通过促进活性氧的产生实现的。由于活性氧产生增加往往意味着抗氧化系统的激活，这也正是目前在抗衰老、抗损伤抗逆等领域的重要科学问题。