硫化氢在大豆幼苗响应铁缺乏适应性中的作用机制

In the Loess Plateau region of North China's semi-arid, Iron deficiency and low solubility of iron inhibited obviously the assimilation, transport and availability of iron in plants, and then influenced the crop yields and qualities,these have become a major agricultural problem. Therefore, it is a matter of great urgency that iron assimilation and availability should be increased and improved the adaptation of plant to iron deficiency condition. Hydrogen sulfide (H2S), as a new gaseous signal molecule, is involved in the growth and development processes of plant, as well as played a very important role in the resistant responses to various biotic and abiotic stresses. It is still not clear whether a low concentration of H2S is involved in regulation of iron assimilation, transport and availability in plants, and then promoted plant growth and development. Therefore, we will have a comprehensive study on the action mechanism of H2S in response to iron deficiency condition in iron deficiency sensitive Glycine max seedlings through physiological and biochemical indexes measurements, iron transporter protein expression, gene expression etc. and combined with transcriptomics and finally reveal the molecular mechanism and signal regulation network of H2S under iron deficiency condition in plant. Meanwhile, we hope that this study could provide certain theoretical foundation and scientific basis for plant iron nutrient regulation and offer some new ideas and solutions for plant iron nutrient deficiency.

在我国北方半干旱的黄土高原地区，石灰性土壤中铁的缺乏和低溶解性都明显抑制植物对铁的吸收、转运和利用，进而影响作物产量和品质，这已成为一个非常严重的农业问题。因此,关于加强植物铁吸收和利用以及提高其对缺铁环境适应能力的研究已迫在眉睫。硫化氢（hydrogen sulfide, H2S）作为一种新的气体信号分子参与植物的生长发育过程并对植物响应各种生物和非生物胁迫起着非常重要的作用。H2S是否涉及调控植物体内铁的吸收、转运和高效利用进而促进其生长发育还不清楚？本项目拟选用对缺铁敏感的大豆为实验材料从生理生化指标测定、铁转运蛋白表达、基因表达等方面并结合转录组学技术研究气体信号分子H2S在大豆幼苗响应铁缺乏适应性中的作用机制，揭示H2S在植物铁缺乏环境中作用的分子机制及信号调控网络，同时希望本研究可以为植物铁营养调控提供一定的理论基础和科学依据，为缓解植物铁营养缺乏提供新的思路和解决办法。

在我国北方半干旱的黄土高原地区，石灰性土壤中铁的缺乏和低溶解性都明显抑制植物对铁的吸收、转运和利用，进而影响作物产量和品质。因此，加强植物铁吸收和利用以及提高其对缺铁环境适应能力的研究迫在眉睫。硫化氢（Hydrogen sulfide, H2S）作为一种新的气体信号分子参与植物的生长发育过程，并对植物响应各种生物和非生物胁迫起着非常重要的作用，是否涉及调控铁的吸收和转运以及植物对缺铁环境的适应性？本项目进行了深入研究，发现H2S作为一种信号分子可以调控大豆植株对缺铁环境的适应性，研究结果如下：（1）在铁缺乏条件下， 外源H2S施加可以促进大豆植株的生长，包括促进生物量的累积、叶绿素含量的提高、叶绿素荧光参数的改变等。（2）外源H2S可以通过调控碳、氮、磷和钾的化学计量来缓解大豆植株对缺铁环境的适应性。（3）外源H2S可以改变铁缺乏条件下营养液的pH、胞外铁含量、三价铁还原酶的活性，此外利用West-blotting方法发现H2S信号分子可以调控二价铁转运蛋白的表达并最终促进铁在大豆组织不同部位的累积。（4）H2S可以缓解由于铁缺乏而导致的植物光合速率和光合电子传递效率的下降。（5）铁的吸收和转运与植物有机酸的分泌有着紧密的联系，因此我们也测定了柠檬酸和苹果酸的含量，发现H2S可以通过影响大豆植株根部有机酸的分泌来影响铁的吸收。（6）利用转录组学和荧光定量PCR方法，发现外源H2S可以调控与植物铁吸收、硫代谢、植物激素和有机酸合成等相关基因表达最终促进大豆幼苗对缺铁环境的适应性。以上研究揭示了H2S信号分子在植物铁缺乏环境中的作用的分子机制和信号调控网络，同时也可以为植物铁营养调控提供一定的理论基础和科学依据，为缓解植物铁营养缺乏提供新的思路和解决办法，同时对缓解西部干旱半干旱地区铁营养的高效利用提供新的思路。