作为传统生物有机体能量代谢通货的ATP分子近年来发现也与植物生长发育的调控和对生物非生物逆境的响应有关。本研究运用生理学、药理学和分子生物学等实验手段,以期确定改善玉米作物抗旱性的外源ATP浓度和时间阈值,阐明玉米响应水分胁迫中ATP信号与H2O2、NO信号之间的网络关系以及胞外ATP预处理对干旱胁迫下质膜水孔蛋白ZmPIP基因表达的影响,系统揭示胞外ATP介导植物抗旱性的信号分子机制。主要研究结果如下:1.用外源ATP预处理4h,显著提高了干旱胁迫下活性氧O2-·和H2O2的含量,酶促防御系统SOD、CAT和APX的活性,非酶促防御系统GSH和Vc的含量,可溶性蛋白和游离脯氨酸的含量,而使得膜脂过氧化产物丙二醛含量显著下降,其结果是根系水力学导度增加,叶片水分状况维持稳定,水分代谢活跃。这种特征具有明显的浓度效应,即低浓度促进,而高浓度抑制。此外ATP清除酶Apyrase能够解除外源ATP的作用,说明胞外ATP作为信号分子介导了玉米植物的抗旱性。2.用DPI预处理显著降低了eATP诱导的干旱胁迫下玉米叶片O2-·和H2O2的含量以及抗氧化防御酶SOD、CAT和APX的活性,说明来源于NADPH氧化酶的ROS是eATP介导玉米抗旱性的下游信号;而用Hb预处理显著增加了eATP诱导的干旱胁迫下玉米叶片O2-·和H2O2的含量,但降低了抗氧化防御酶的活性,说明NO也是eATP介导玉米抗旱性的下游信号。当阻断ROS的合成时,eATP不能诱导NO的生成,而清除NO不影响eATP诱导的ROS的形成。说明在eATP介导的玉米植物抗氧化进而抗旱信号通路中,ROS处于eATP的下游,NO处于ROS的下游。3.外源ATP预处理使干旱胁迫下ZmPIP1;2, ZmPIP2;1和ZmPIP2;5的表达都显著降低,相反,抑制ROS的生成或清除NO,均显著增加了干旱胁迫下ZmPIP1;2, ZmPIP2;1和ZmPIP2;5的表达。说明eATP也是通过其下游信号ROS和NO来发挥调节ZmPIP基因表达的。但与调节抗氧化防御不同的是,在调节ZmPIP基因表达上,存在着由eATP→ROS→ZmPIP和由eATP→NO→ZmPIP两条平行途径。
