发布时间 : 星期一 文章NO的产生与信号途径更新完毕开始阅读01fc524d482fb4daa48d4b10
过SA激活的碳酸酐酶(CA)来积极调节植物防卫反应。SABP3的S-亚硝化减少了SA结合和CA活性，同时SABP3的S-亚硝化水平的增加与SNO水平增加一致。SABP3的S-亚硝化是调节植物反应和病原诱导的HR反应的一个负反应。然而这些结果表明S-亚硝化也在HR中起了作用(Wang Y Q et al.,2010)。
与上面一致的是，GAPDH(磷酸甘油醛脱氢酶)、过氧化还原蛋白II E (PrxII E)和拟南芥metacaspase 9 (AtMC9)在HR反应中都有发生S-亚硝化。甘氨酸脱羧酶复合酶(GDC)是C3植物C2循环中光呼吸的关键酶，GDC活性拟制剂能导致ROS的积累和提高细胞死亡(Tada et al.,2008)。当用GSNO处理植物，GDC中几个半胱氨酸残基S-亚硝酸化，GDC活性下降。此外细菌hairpin激发子也能诱导NO爆发，拟制GDC的活性。因此NO调节的线粒体酶GDC能诱导ROS积累，使得线粒体功能发现紊乱，并引起HR反应(Palmieri et al.,2010)。 2.2 磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)
GAPDH首先认为是所有活器官中的糖裂解酶，最近发现GAPDH参与了各种压迫反应中，GAPDH是一个重要的氧化还原反应调节蛋白，它的催化活性被氧化反应、特定半胱氨酸S-亚硝基化和酪氨酸硝基化所拟制(Lozano et al.,2011)。
在植物中，越来越多的现象暗示GAPDH参与了氧化还原反应信号传导中，当用H2O2处理拟南芥，发现GAPDH两种亚型(GAPC1和GAPC2)转移到线粒体外膜上。与其它糖裂解酶一起提供丙酮酸盐来阻止毒性ROS积累。为了支持这一发现，GAPC1缺陷型植物表明线粒体功能紊乱，并增加了氧化压力(Rius et al..2008)。用H2O2处理转基因拟南芥，触发细胞质中表达GAPDH(GAPA)，发现当GAPA过量表达时，拟南芥减少了ROS的积累和细胞死亡。因此，推测GAPDH在抗氧化系统中的作用可以被适当的ROS量所增强，当ROS和NO的水平高时，GAPDH的活性受到拟制，这可能使得ROS在细胞质和线粒体中积累，并导致细胞死亡(Palmieri et al.,2009)。 2.3 蛋白硝基化
蛋白硝基化是在酪氨酸、色氨酸等芳香族氨基酸上共价结合一个硝基(R-NO2)。蛋白硝基化修饰主要由过氧亚硝基(ONOOH/ ONOO-)、它的反应衍生物二氧化氮(NO2/.NO2)和ONOOCO2-来调节的。过氧亚硝基来源与NO与O2-的反应中。通过使用荧光探针HKGreen-2和氨基苯荧光（APF）观察到植物抵抗反
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应中形成了过氧亚硝基。在基于叶盘法的HKGreen-2实验中，当使用无毒性的.P.syringae处理拟南芥叶片时，3~6小时后检测到过氧亚硝基。同样，在用激发子INF1处理烟草细胞时，6小时后APF的量也达到了最大(Saito et al..2006)。在这两个试验中表明，过氧亚硝基的积累与HR和蛋白色氨酸硝基化程度一致。尽管已经发现硝基化在防卫/胁迫反应和氧化调节中起作用，但是其防卫信号途径还仍然不清楚。
3 NO在植物抗病性的功能 3.1 NO在过敏性细胞死亡的作用
过敏性反应是病原菌侵染时植物在局部形成坏死斑以限制病害进一步侵染和扩散的反应。R基因调节抗性的普遍特性是直接受侵染或周围细胞的死亡，这种现象被认为是拒绝给予入侵的活体寄生病原提供营养。尽管HR抵抗策略对寄主植物的很重要，HR很多分子机理仍然不清楚。为了更透彻地研究HR，植物病理学家开始寻求与动物中被称为细胞凋亡的程序性死亡(PCD)的相同机理，尤其是解释NO的作用。NO能至少通过两种途径来调节细胞死亡。第一种途径：NO可能将乌头酸酶转化成离子调节蛋白(IRP)，铁离子调节蛋白调节编码在铁离子稳定中发挥作用蛋白的mRNAs转录和稳定性。结果自由铁离子浓度增加，产生芬顿反应(Fenton reaction)，从而形成羟基HO-，HO-创造了一个宿主和病原致死的环境。第二种途径：NO与O2?反应产生过氧硝酸盐(ONOO?)，过氧硝酸盐在细胞程序死亡中起着重要作用(J?rg Durner et al.,1999)。
在动物中，NO通过与O2反应来与ROIs共同形成ONOO–, ONOO–可以调节细胞的受损，ONOO-能与许多细胞元件作用从而破坏细胞活性，而在植物中则对ONOO–具有一定的抵抗性。植物在没有被病原侵染时，处于了富含ONOO-的环境条件下，这样在光合作用的组织中就不可避免的产生了NO，这也就解释了为什么植物对ONOO-的抵抗作用的水平是如此高。动物细胞暴露在1~1000μM溶度范围的ONOO-时，细胞死亡与溶度成线性相关，而大豆悬浮细胞则能抵抗1 mM的ONOO-。另一报道0.1mM ONOO-浸入拟南芥叶片时导致明显的坏死病斑(Jeum et al.,2008)。
NO最早是在被注入无毒性细菌的大豆中发现的，随后在注入P.s.pv. Maculicola的拟南芥悬浮细胞和P.s.pv.tomato的烟草产生HR时也发现了NO。
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而白粉病菌 Blumeria graminis f.sp.hordei诱导大麦表皮细胞短暂的 NO暴发发生在HR相关的细胞崩解之前(María et al.,2004)。实验证据表明NO在植物防卫中起着中心作用，可能与氧化反应中间体(ROIs)的结合有关，而植物对潜在病原的最快速的反应之一是产生NO和ROIs。试验证据表明在细胞死亡时O2被SOD歧化成H2O2的量不断积累，因此认为细胞死亡是通过NO与H2O2而不是与O2的反应来实现的(Zago et al.,2006)。在过敏性坏死反应中，单独NO不能在大豆中诱导PCD，细胞死亡是依赖与NO和ROIs的均衡比例。如果过氧化物的水平高于NO水平，NO与过氧化物反应形成过氧硝基盐，则不能诱导PCD。然而如果NO的水平高于过氧化物水平，则NO与H2O2反应诱导PCD(Steven et al.,2003)。
NO诱导的细胞死亡是通过引发蛋白酶起关键作用的反应，半胱氨酸蛋白酶在大豆细胞的过敏性死亡中起关键的调节作用，半胱氨酸蛋白酶具有广泛的细胞靶标(Creagh et al.,2003)。RD21 是拟南芥中一个编码半胱氨酸蛋白酶的基因，在拟南芥和烟草中过表达该基因会阻滞无毒病原菌和亚硝化胁迫诱导的细胞死亡。最近Chichkova 等发现了一种与TMV诱导烟草 HR 有关的特异 caspase 蛋白质片段，哺乳动物 caspase-1 的不可逆抑制剂，能阻滞 NO诱导的过敏性细胞死亡。
3.2 NO与植物抗病性
NO除了在过敏性坏死反应起作用外，在植物抗病性中也发挥作用。在植物中，大规模基因表达分析鉴定了很多被NO调节表达的基因。通过用气态NO或是NO供体处理拟南芥植物或是细胞显示有342个基因的表达受到调控，而在拟南芥的根部受到调控的基因数量就显著少的多，在烟草中同样发现了数个受NO调控的基因(Frank et al.,2010)。这些结果显示NO应答基因大部分是于外界压力相关并且有广泛功能的基因，这些功能包括植物抗性，氧化应激反应等。用NO供体处烟草或是悬浮细胞导致抗性相关基因的表达，这些基因包括编码苯基丙氨酸(PAL)、病程相关蛋白(PR1)、水杨酸调节信号，而这些基因在植物抗病性中起着重要作用。随后的更多的研究表明NO能调节编码效应和调节蛋白的基因。然而，最近在过氧化氢酶缺陷突变体中，发现一部分特异基因由NO或H2O2调节，而目前被鉴定的基因中大多数是由这两者共同调节的，这也表明这两种不同的氧
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化还原的信号分子在基因靶标上有重叠。
早在1998年Delledonne就报道了NO与植物抗病性有关，他们发现表达avrRpm1无毒基因的细菌病原P. syringae pv. tomato (Pst) DC3000本来在烟草中不相容，而当将NOS的拟制子L-NNA和PBITU浸入植物时，DC3000的生长增加了，这表明NO在R基因调节的对病原的抗性中发挥着作用。NO也被认为在被随后脂多糖(LPS)识别触发的基础抗性、病原相关分子模式(PAMP)中起作用(Luis et al,.2006)。AtNOA功能缺失时，在对LPS应答时NO的积累也消失了，抗性相关的转录积累也减少了，而最重要的是对病原物PstDC3000的抵抗也降低了。总之，这些数据显示NO在基础抗病性中起着重要的信号作用。
NO和SNOs在抗病性的作用也发挥着重要作用。在动物中，S-硝基化是作为基于氧化反应的翻译后修饰，并在细胞应答中支持着NO信号功能(Lee et al.,2008)。S-硝基化蛋白的三肽与SNOs反应形成亚硝基谷胱甘肽(GSNO)，并导致蛋白硫醇化(SH)(Palmieri et al.,2010)。最近在植物发现了一种能有效转换GSNO的酶。拟南芥缺失GSNO还原酶功能的突变体，结果SNOs的细胞水平增加，而在增加GSNO还原酶功能的突变体中，AtGSNOR1表达增加，并且GSNO的转换也提高了。更重要的是缺失AtGSNOR1活性时，NHR对小麦白粉病Blumeria graminis f.sp tritici妥协了(Feechan et al., 2005)。此外(Romero-Puertas et al., 2008)，在缺失AtGSNOR1突变体中，发现在应答入侵病原或外源SA处理时依赖SA基因表达被减少和推迟了，同时SA的积累也消失了。相反增加AtGSNOR1活性则提高了依赖SA的基因表达。因此GSNO还原酶调节SA的合成和信号传导。NO和SNOs在抗病性的作用如图3所示：
图3 NO和SNOs在抗病性的作用
Fig 3 Proposed roles of NO and SNOs in plant disease resistance
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