全 文 ：植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2015, 50 (1): 22–31, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3724/SP.J.1259.2015.00022
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收稿日期: 2013-11-06 ; 接受日期: 2014-04-03
基金项目: 国家自然科学基金(No.31170237)、山东省自然科学基金(No.ZR2010CM024)和山东省泰山学者团队建设工程
† 共同第一作者
* 通讯作者。E-mail: liuxin6080@126.com
eATP位于H2S下游参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程
车永梅†, 张丹丹†, 侯丽霞, 王兰香, 刘新*
青岛农业大学生命科学学院, 山东省高校植物生物技术重点实验室, 青岛 266109
摘要 以拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型、H2S合成突变体(Atl-cdes和Atd-cdes)和ABC转运体突变体(Atmrp4、Atmrp5
和Atmrp4/5)为材料, 探讨乙烯诱导气孔关闭过程中eATP与H2S之间的关系。结果显示, ABC转运体阻断剂格列本脲(Gli)、
P2受体抑制剂磷酸吡哆醛-6-偶氮苯基-2,4-二硫酸(PPADS)和三磷酸腺苷双磷酸酶(Apyrase)可抑制乙烯诱导的气孔关闭;
乙烯可提高拟南芥幼苗叶片eATP含量及AtMRP4和AtMRP5相对表达量, 但对Atmrp4、Atmrp5和Atmrp4/5突变体幼苗叶片
eATP含量和气孔运动没有显著作用。实验结果表明, eATP是乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程的重要信号分子, AtMRP4和
AtMRP5参与胞内ATP的分泌; H2S清除剂次牛磺酸(HT)能阻遏乙烯诱导的拟南芥幼苗叶片eATP含量的升高; 乙烯对
Atl-cdes、Atd-cdes幼苗叶片eATP含量及AtMRP4和AtMRP5相对表达量无显著影响。据此推测eATP位于H2S下游参与乙
烯诱导的拟南芥气孔关闭过程。
关键词 eATP, H2S, 乙烯, 气孔关闭
车永梅, 张丹丹, 侯丽霞, 王兰香, 刘新 (2015). eATP位于H2S下游参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程. 植物学报 50,
22–31.
气孔是高等植物与外界进行气体和水分交换的
主要通道及调节机构。气孔保卫细胞可以感受光照、
水分、温度、二氧化碳浓度和激素等不同环境因子从
而调节气孔开度。其中乙烯是调控气孔运动的重要植
物激素(Wilkinson and Davies, 2009; Iqbal et al.,
2011; He et al., 2011)。本实验室前期研究表明, 外
源乙烯可以诱导拟南芥(Arabidopsis thaliana)气孔关
闭(侯智慧等, 2012), 但乙烯诱导气孔关闭的信号传
递链尚不明确。
胞外ATP(extracellular ATP, eATP)是近年来确
认的植物内源信号分子, 参与植物生长发育及对逆境
响应等多种生理过程的调节, 亦参与对气孔运动的调
控。业已证明, 植物体内eATP主要来源于细胞内部,
胞内ATP可通过阴离子通道及细胞的胞吐作用转运
至细胞外(Jeter et al., 2004; Kim et al., 2006; Wee-
rasinghe et al., 2009)。ABC转运体(ABC transporter)
亦参与了植物细胞ATP的向外运输(Thomas et al.,
2000)。多药耐药相关蛋白家族 (multidrug resis-
tance-associated proteins, MRPs)是ABC转运蛋白
的一个亚族。拟南芥中MRPs蛋白亚家族有16个成员,
其中AtMRP4和AtMRP5存在于气孔保卫细胞中并与
气孔运动有关 (Gaedeke et al., 2001; Bodin and
Bumstock, 2001; Klein et al., 2003, 2004)。Klein等
(2003)发现, 拟南芥中AtMRP5缺失导致调控气孔运
动的多条信号转导途径被阻断, 光下突变体atmrp5-1
的气孔不能正常张开, 对外源Ca2+和脱落酸(abscisic
acid, ABA)的敏感性降低。同时证明, 外源ATP能够
促进鸭跖草属植物Commelina bengalensis和拟南芥
气孔张开(Raghavendra, 1981; Hao et al., 2012)。在
光和ABA等诱导气孔运动的过程中保卫细胞发生
ATP的分泌, 嘌呤受体抑制剂吡哆磷酸-6-苯偶氮基
-2′,4′-二磺酸 (pyridoxalphos-phate-6-azophenyl-2′,
4′-disulfonic acid, PPADS)抑制光和ABA对气孔运动
的诱导作用, 外施ATP类似物ATPγS或Apyrase抑制
剂促进ABA对气孔关闭的诱导效应, 表明eATP参与
对气孔运动的调控(Clark et al., 2011, 2013)。本实验
室近期证明, H2S是乙烯调控气孔运动过程中的重要
信号传递组分, H2S位于H2O2下游介导乙烯诱导的拟
·研究报告·
车永梅等: eATP 位于 H2S 下游参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程 23

南芥气孔关闭过程(侯智慧等, 2012)。García-Mata和
Lamattina(2010)亦发现抑制ABC转运体活性可抑制
H2S诱导的气孔关闭效应。据报道, eATP与H2O2和
Ca2+共同参与胡杨(Populus euphratica)培养细胞抗
盐性和细胞程序化死亡(Sun et al., 2012a, 2012b)等
过程。那么eATP是否参与乙烯调控的气孔运动？
AtMRP4与AtMRP5是否参与乙烯诱导气孔关闭过程
中ATP的分泌？H2S和eATP在乙烯诱导拟南芥气孔
关闭中是否存在相互作用？这些问题目前尚未被阐
明。为此, 本研究以拟南芥野生型及相关突变体为材
料, 探讨eATP在乙烯调控气孔运动中的作用及其与
H2S的关系, 以期进一步完善乙烯诱导气孔关闭的信
号转导过程。
1 材料与方法
1.1 实验材料及培养
拟南芥 (Arabidopsis thaliana L.)野生型 (生态型为
Col-0) 、 AtL-CDes 的 T-DNA 插入突变体 Atl-cdes
(SALK_041918)和AtD-CDes的T-DNA插入突变体
Atd-cdes(CS853264)以及AtMRP4的T-DNA插入突
变体Atmrp4(SALK_090215)和AtMRP5的T-DNA插
入突变体Atmrp5(SALK_028732)购自美国拟南芥生
物资源中心。双突变体Atmrp4/5由本实验室杂交获
得。取拟南芥野生型和突变体种子, 用75%乙醇灭菌
3–4分钟, 95%乙醇灭菌1–2分钟后, 用95%乙醇转
移至已灭菌的滤纸上, 晾干。在无菌MS固体培养基
上点种, 4°C黑暗培养2–4天打破休眠, 然后置于光
照培养箱(16小时光照/8小时黑暗, 22°C)中垂直培
养, 10天后转入培养土(市售花卉营养土)和蛭石(培
养土:蛭石=1:1, v/v)的混合培养介质中, 在16小时光
照/8小时黑暗、光强为120 μmol·m–2·s–1、温度22°C、
相对湿度为70%的条件下培养4–5周后, 取生长状态
良好的拟南芥供实验用。
1.2 实验试剂
1-氨基环丙烷 -1-羧酸 (1-aminocyclopropan-ecar-
boxylic acid, ACC)、格列本脲(glibenclamide, Gli)、
吡哆磷酸 -6-苯偶氮基 -2′,4′-二磺酸 (pyridoxalpho-
sphate-6-azophenyl-2′,4′-disulfonic acid, PPADS)、
三磷酸腺苷双磷酸酶 (apyrase)、次牛磺酸 (hypo-
taurine, HT)和H2S供体硫氢化钠(sodium hydrosul-
fide, NaHS)等均购自Sigma公司(美国)。其余化学试
剂为国产分析纯。
1.3 实验材料处理
取培养4–5周生长良好的拟南芥野生型及其突变体
完全展开的莲座叶为实验材料, 进行以下处理。野生
型拟南芥表皮条分别用MES缓冲液 (10 mmol·L–1
Mes/KOH, 50 mmol·L–1KCl, 0.1 mmol·L–1CaCl2,
pH6.1)及用MES缓冲液配制的10 μmol·L–1ACC、100
μmol·L–1Gli 、 10 μmol·L–1PPADS、 1.5 μmol·L–1
Apyrase、10 μmol·L–1ACC+100 μmol·L–1Gli、10
μmol·L–1ACC+10 μmol·L–1PPADS、10 μmol·L–1ACC
+1.5 μmol·L–1Apyrase的处理液处理, 45分钟后测定
气孔开度。
ABC转运体突变体(Atmrp4、Atmrp5和Atmrp-
4/5)表皮条分别用MES缓冲液以及用MES缓冲液配
制的10 μmol·L–1ACC处理, 45分钟后测定气孔开度。
用10 μmol·L–1ACC处理野生型及H2S合成酶缺
失突变体(Atl-cdes和Atd-cdes)叶片。用0.1 mmol·L–1
NaHS处理野生型叶片, 分别在处理0、5、15、30、
60、120分钟测定AtMRP4和AtMRP5相对表达量。
取生长10天、长势一致的拟南芥野生型及各突
变体植株幼苗叶片进行以下处理。野生型拟南芥植株
幼苗放置于500 μL处理液(ddH2O, 10 μmol·L–1ACC,
100 μmol·L–1Gli, 15 μmol·L–1HT, 10 μmol·L–1ACC+
100 μmol·L–1Gli, 10 μmol·L–1ACC +15 μmol·L–1HT,
0.1 mmol·L–1NaHS)中处理, 将突变体置于500 μL处
理液(ddH2O, 10 μmol·L–1ACC, 0.1 mmol·L–1NaHS)
中处理1、3、5、10、15、20、25和30分钟。取处
理液作为后续实验的样品检测液 , 并用液氮速冻 ,
eATP检测前于–80°C保存。
1.4 气孔开度的测定
气孔开度的测定参照侯智慧等(2011)的方法。取生长
良好的4–5周龄拟南芥完全展开的莲座叶, 光诱导气
孔张开。撕取其下表皮, 用小毛刷刷掉黏附的叶肉细
胞, 用显微测微尺测量气孔的初始孔径, 然后分别
置于不同处理液中, 在光下(光强120 μmol·m–2·s–1)
处理45分钟, 记录终态孔径。测量时随机取3个视野,
每个视野中随机选取10个气孔。
24 植物学报 50(1) 2015

1.5 拟南芥幼苗叶片eATP含量的测定
拟南芥eATP的测定参考Weerasinghe等(2009)的方
法并略有改动。取10棵生长10天且长势一致的拟南
芥野生型及各突变体植株幼苗叶片分别置于不同的
处理液中处理1、3、5、10、15、20、25和30分钟。
取处理液作为后续实验的样品检测液, 并用液氮速
冻, eATP检测前于–80°C保存。
测定时样品检测液于室温下解冻, 将ATP检测
试剂盒中的ATP检测工作液事先稀释。测定时将ATP
检测工作液加入到检测孔中, 室温静置3–5分钟, 以
使本底性的ATP全部被消耗掉, 从而降低本底。向检
测孔中分别加入100 μL的样品检测液, 迅速用移液
器混匀, 间隔2秒后, 立即用化学发光仪测定。
1.6 荧光实时定量PCR检测
按照M-MLV反转录试剂盒说明书合成cDNA第1条
链, 作为模板, 同时设立负对照。每次加样, 每个模
板重复3次。荧光实时定量PCR反应程序为: 95°C60
秒; 95°C10秒, 58°C20秒, 72°C15秒, 42个循环; 溶
解曲线从72°C至99°C, 第1步维持45秒, 以后每升
高1°C维持5秒。AtMRP4正向和反向引物序列分别为
5′-TATCAGGAATGCGATGTA-3′和5′-TAACGAGT-
AATACGGTCTT-3′。AtMRP5正向和反向引物序列
分 别 为 5′-AAGAAGAGGAACGAGTAA-3′和 5′-TT-
GTGCGAGTATAATAAGAG-3′。β-actin的正向和反
向引物序列分别为5′-GGTAACATTGTGCTCAGT-
GG-3′和5′–CACGACCTTAATCTTCATGCTGC-3′。
用溶解曲线法检测实时定量PCR产物的特异性, 采
用MyiQ软件进行数据分析。
1.7 数据统计和分析
所有定量结果均为3次重复的平均值±标准误。用
DPS数据处理系统对测定结果进行方差分析。
2 结果与讨论
2.1 eATP参与乙烯对拟南芥气孔运动的调控
2.1.1 Gli、PPADS和Apyrase对乙烯诱导拟南芥气
孔关闭的影响
ACC是乙烯的合成前体, 在供氧充足的条件下, 可由
1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶催化生成乙烯。Gli为
ABC转运体抑制剂 , 可抑制ABC转运体的作用。
PPADS为质膜嘌呤受体抑制剂 , 可抑制信号分子
eATP与质膜上的嘌呤受体结合。Apyrase为ATP水解
酶, 可水解细胞内外的ATP。图1显示, 用一定浓度的
Gli、PPADS和Apyrase在光下单独处理拟南芥叶片表
皮条45分钟, 对气孔开度均无显著影响, 但均能抑制
乙烯引起的气孔关闭。据此推测, eATP与ABC转运体
参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程。


图1 Gli、PPADS和Apyrase对乙烯诱导的拟南芥气孔关闭的
影响
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

Figure 1 Effects of Gli, PPADS and Apyrase on ethylene
induced stomatal closure in leaves of Arabidopsis thaliana
Different lowercase letters indicated significant difference
(P<0.05)

2.1.2 Gli对乙烯诱导拟南芥幼苗叶片eATP含量的
影响
由图2可知 , 用ACC处理拟南芥幼苗叶片 , 可诱导
eATP含量显著增加, 且分别在处理3分钟和20分钟
时出现峰值, 说明乙烯对拟南芥eATP的分泌有诱导
效应。进一步证明eATP是乙烯诱导气孔关闭过程中
重要的信号传递组分。ABC转运体抑制剂Gli在一定程
度上抑制ACC诱导的eATP含量的上升。由此推测,
ABC转运体参与乙烯诱导的胞内ATP的向外转运。

2.1.3 乙烯对拟南芥叶片AtMRP4和AtMRP5相对
表达量的影响
AtMRP4和AtMRP5是ABC转运体超家族中MRPs亚
车永梅等: eATP 位于 H2S 下游参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程 25


图2 Gli对乙烯诱导拟南芥幼苗叶片eATP含量的影响

Figure 2 Effects of Gli on ethylene-induced eATP level in
seedling leaves of Arabidopsis thaliana

家族的成员, 存在于气孔保卫细胞中, 参与对气孔运
动的调控(Klein et al., 2003, 2004)。为进一步探明
ABC转运体在乙烯诱导拟南芥气孔关闭中的作用及
其与胞内ATP分泌的关系, 本研究进一步探讨乙烯对
拟南芥幼苗叶片AtMRP4和AtMRP5相对表达量以及
对Atmrp4、Atmrp5和Atmrp4/5突变体叶片气孔开度
和eATP含量的影响。
荧光实时定量PCR检测结果表明, 乙烯可诱导
拟南芥叶片AtMRP4和AtMRP5相对表达量增加, 并
在处理5分钟时达最大值, 之后逐渐降低, 最终恢复
到最初表达量(图3)。

2.1.4 乙烯对Atmrp4、Atmrp5和Atmrp4/5叶片气
孔开度的影响
图 4 结果表明 , 光下突变体 Atmrp4 、 Atmrp5 和
Atmrp4/5气孔孔径与野生型无显著差异。乙烯处理后
野生型植株叶片气孔开度显著减小; 而突变体植株叶
片气孔对乙烯不敏感, 其气孔开度无显著变化。综合
图3和图4结果, 表明乙烯诱导的拟南芥气孔运动过
程有AtMRP4和AtMRP5的参与。

2.1.5 乙烯对Atmrp4、Atmrp5和Atmrp4/5幼苗叶
片eATP含量的影响
图5显示, 正常条件下缺失型突变体Atmrp4、Atmrp5
和Atmrp4/5幼苗叶片中eATP含量与野生型无显著差
异, ACC处理20分钟后可引起野生型拟南芥eATP含
量显著上升, 但是对突变体效果不显著。本实验从遗
传学水平证明AtMRP4和AtMRP5参与乙烯诱导的拟
南芥气孔关闭过程中胞内ATP的分泌。
2.2 eATP位于H2S下游参与乙烯诱导拟南芥气孔
关闭的可能性
2.2.1 H2S清除剂对乙烯调控幼苗叶片eATP含量的
影响
图6显示, 乙烯合成前体ACC处理可显著诱导拟南芥
野生型幼苗叶片eATP的释放。用H2S清除剂HT单独
处理拟南芥幼苗叶片, 对其eATP含量影响不显著。用
HT与ACC共同处理可以显著抑制ACC对eATP的诱
导效应。

2.2.2 乙烯对Atl-cdes和Atd-cdes幼苗叶片eATP
含量的影响
以拟南芥野生型和H2S合成酶缺失突变体Atl-cdes和
Atd-cdes为材料, 检测乙烯对幼苗叶片eATP含量的
影响, 结果显示, 乙烯可显著提高野生型拟南芥幼苗
叶片eATP的含量, 但对H2S合成酶缺失突变体失去
诱导效应(图7)。

2.2.3 H2S对Atmrp4、Atmrp5和Atmrp4/5幼苗叶
片eATP含量的影响
图8表明, 正常条件下Atmrp4、Atmrp5和Atmrp4/5突
变体叶片中eATP含量与野生型无显著差异。用H2S
供体处理20分钟后可显著提高野生型拟南芥eATP的
含量(图2); 但是对突变体效果不显著(P<0.05)。说明
AtMRP4和AtMRP5是eATP的主要来源。
综合图5–7实验结果, 可以推断eATP位于H2S下
游参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程。

2.2.4 H2S参与乙烯对AtMRP4和AtMRP5相对表达
量的调控
H2S可诱导拟南芥叶片AtMRP4和AtMRP5相对表达
量的增加 , 处理5分钟相对表达量达到最高 (图9)
(P<0.05)。乙烯能够诱导拟南芥叶片AtMRP4和
AtMRP5相对表达量增加(图3), 但不能有效上调H2S
合成酶缺失突变体Atl-cdes和Atd-cdes中AtMRP4与
AtMRP5的相对表达量(图10)。这进一步证实, 来源于
ABC转运体途径的eATP位于H2S下游参与乙烯对拟
26 植物学报 50(1) 2015


图3 乙烯对拟南芥幼苗叶片AtMRP4和AtMRP5相对表达量的影响
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

Figure 3 Effects of ethylene on relative expression of AtMRP4 and AtMRP5 genes in Arabidopsis thaliana seedling leaves
Different lowercase letters indicated significant difference (P<0.05)



图4 乙烯对拟南芥Atmrp4、Atmrp5和Atmrp4/5叶片气孔开度
的影响
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

Figure 4 Effects of ethylene on stomatal movement in
seedling leaves of Arabidopsis thaliana Atmrp4, Atmrp5 and
Atmrp4/5
Different lowercase letters indicated significant difference
(P<0.05)


南芥气孔关闭运动的调控。
2.3 讨论
气孔运动影响着植物的光合作用、呼吸作用及蒸腾作
用等重要生理过程, 气孔运动的调控机理长期以来受


图5 乙烯对拟南芥Atmrp4、Atmrp5和Atmrp4/5突变体幼苗叶
片eATP含量的影响
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

Figure 5 Effects of ethylene on eATP level in seedling
leaves of Arabidopsis thaliana Atmrp4, Atmrp5 and Atmrp4/5
Different lowercase letters indicated significant difference
(P<0.05)


到人们的广泛关注。许多研究表明, 乙烯是调控气孔
运动的重要物质, 能够诱导拟南芥气孔关闭, H2S、
Ca2+和NO等是其信号传递链中的重要组分(刘国华,
2009; 高巍和尚忠林, 2010; Liu et al., 2011), 但对
乙烯诱导气孔关闭的信号转导机制的研究还不够深
车永梅等: eATP 位于 H2S 下游参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程 27



图6 H2S清除剂HT对乙烯调控拟南芥幼苗叶片eATP含量的影
响
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

Figure 6 Effects of H2S scavenger HT on eATP level in
seedling leaves of Arabidopsis thaliana
Different lowercase letters indicated significant difference
(P<0.05)



图7 乙烯对拟南芥Atl-cdes和Atd-cdes幼苗叶片eATP含量的
影响
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

Figure 7 Effects of ethylene on eATP level in seedling
leaves of Arabidopsis thaliana Atl-cdes and Atd-cdes
Different lowercase letters indicated significant difference
(P<0.05)

入。eATP是近年来发现广泛存在于动植物细胞胞外
基质中的信号分子, 参与植物细胞程序化死亡、根毛
生长及植物抗盐性等生理过程的调节, 并与Ca2+和
NO等信号分子存在相互作用(Tonón et al., 2010;
Sun et al., 2012b), eATP也参与调控气孔运动(Clark

图8 H2S对拟南芥Atmrp4、Atmrp5和Atmrp4/5突变体幼苗叶
片eATP含量的影响
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

Figure 8 Effects of H2S on eATP level in seedling leaves of
Atmrp4, Atmrp5 and Atmrp4/5 in Arabidopsis thaliana
Different lowercase letters indicated significant difference
(P<0.05)

et al., 2011; Hao et al., 2012)。那么eATP是否参与
乙烯诱导的拟南芥气孔关闭？目前尚未见报道。本文
以模式植物拟南芥及其相关突变体为材料, 研究表
明, 乙烯诱导拟南芥叶片eATP含量显著升高, 诱导
气孔关闭, 用嘌呤受体抑制剂PPADS和ATP水解酶
Apyrase单独处理拟南芥叶片对气孔运动无显著影
响, 但可显著抑制乙烯诱导的气孔关闭, 表明eATP
参与了乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程。乙烯可诱导
拟 南 芥 ABC 转 运 体 MRPs 亚 家 族 中 AtMRP4 和
AtMRP5 两基因的相对表达量显著提高 , 而对
Atmrp4、Atmrp5、Atmrp4/5突变体叶片eATP含量和
气孔开度无显著影响(图3, 图4, 图5); 同时ABC转运
体抑制剂Gli能阻遏乙烯诱导的eATP含量升高和气孔
关闭。以上实验结果表明, eATP是乙烯诱导气孔关闭
信号转导过程中的重要组分, AtMRP4和AtMRP5蛋
白可能参与胞内ATP向胞外的分泌。
H2S参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭(侯智慧等,
2012), 那么在乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程中, H2S
与eATP是否存在相互作用？本实验以拟南芥野生型
及H2S合成缺失突变体Atl-cdes和Atd-cdes为材料,
研究发现, H2S清除剂HT显著抑制ACC诱导的气孔关
闭过程(图6)。乙烯对Atl-cdes和Atd-cdes叶片eATP
28 植物学报 50(1) 2015


图9 H2S对拟南芥叶片AtMRP4(A)和AtMRP5(B)相对表达量的影响
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

Figure 9 Quantitative RT-PCR analysis of H2S-induced AtMRP4 (A) and AtMRP5 (B) relative expression in leaves of Arabi-
dopsis thaliana
Different lowercase letters indicated significant difference (P<0.05)


图10 乙烯对拟南芥Atl-cdes (A, B)和Atd-cdes (C, D)叶片AtMRP4和AtMRP5基因表达量的影响
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

Figure 10 Effects of ethylene on relative expression of AtMRP4 and AtMRP5 genes in Arabidopsis thaliana leaves of Atl-cdes
(A, B) and Atd-cdes (C, D)
Different lowercase letters indicated significant difference (P<0.05)
车永梅等: eATP 位于 H2S 下游参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程 29

含量无显著影响 , 亦不能有效上调其AtMRP4和
AtMRP5的相对表达量(图7, 图10)。这些实验结果说
明在乙烯诱导的气孔关闭过程中eATP位于H2S下游。
业已证明, eATP参与光、ABA等调控的气孔运动
过程, 在光诱导气孔张开及ABA诱导气孔关闭过程中
均有ATP的分泌(Clark et al., 2011)。eATP是气孔运
动信号转导网络的重要成分, 参与多种因子对气孔运
动的调控。Clark等(2011)研究发现外源ATP类似物
ATPγS和ATPβS对气孔运动的作用存在浓度效应 ,
即低浓度时促进气孔张开, 高浓度时诱导气孔关闭。
在光、ABA和乙烯等诱导气孔关闭过程中产生的
eATP信号的时空模式及eATP的作用机制是否存在
差异？在动物细胞中, eATP通过与膜上的嘌呤受体
结合进一步诱导下游的生理反应发生(Duan et al.,
2003)。嘌呤受体抑制剂PPADs抑制乙烯诱导的气孔
关闭, 是否暗示植物细胞中存在类似的eATP受体?
本研究表明, AtMRP4和AtMRP5与胞内ATP的分泌
有关。Nagy等(2009)在酵母细胞中异源表达拟南芥
AtMRP5, 表明AtMRP5编码一种高亲和的肌醇六磷
酸转运体。那么 , 在乙烯诱导气孔关闭过程中 ,
AtMRP4和AtMRP5是作为ATP转运蛋白直接参与
ATP的运转, 还是通过其它方式调节ATP的向外运
输？AtMRP4和AtMRP5分子结构及ATP运转动力学
等方面的研究将有助于解决这一问题。Ca2+是调控气
孔运动的重要胞内信号(刘国华等, 2009), 在eATP介
导植物抗盐性、细胞程序化死亡等生理过程中(Tonón
et al., 2010; Sun et al., 2012a, 2012b), Ca2+是eATP
的下游信号, 拟南芥中AtMRP5插入突变导致脱落酸
活化保卫细胞膜Ca2+通道的作用受到损伤(Suh et al.,
2007), 那么在介导乙烯诱导的气孔关闭过程中, 来
源于AtMRP等途径的eATP是否也通过Ca2+信使进一
步诱导气孔关闭？eATP通过NO和G蛋白等下游组分
参与根毛生长等过程的调节(Wu et al., 2008), 这些
信号转导组分是否也参与乙烯诱导的气孔关闭过
程？气孔运动的直接原因是保卫细胞的吸水膨胀和
失水收缩, eATP最终通过什么方式影响保卫细胞的
吸水和失水？对这些问题的深入研究, 将有助于进一
步阐明和完善乙烯诱导气孔关闭的信号转导机制。
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车永梅等: eATP 位于 H2S 下游参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程 31

Extracellular Adenosine Triphosphate Functions Downstream
of Hydrogen Sulfide in Ethylene-induced Stomatal Closure in
Arabidopsis thaliana
Yongmei Che†, Dandan Zhang†, Lixia Hou, Lanxiang Wang, Xin Liu*
Shandong Key Laboratory of Plant Biotechnology in University, College of Life Sciences, Qingdao Agricultural University,
Qingdao 266109, China
Abstract Using wild-type Arabidopsis, hydrogen sulfide (H2S)-synthesis mutants (Atl-cdes and Atd-cdes) and ABC-
transporter mutants (Atmrp4, Atmrp5 and Atmrp4/5), we examined the effect of extracellular adenosine triphosphate
(eATP) on ethylene-induced stomatal closure and its relationship with H2S. The ABC transporter blocker glibenclamide,
P2 receptor inhibiter pyridoxalphosphate-6-azophenyl-2′,4′-disulfonic acid and apyrase inhibited the inducing effects of
ethylene on stomatal closure in Arabidopsis and ethylene-enhanced eATP content and upregulated relative expression of
AtMRP4 and AtMRP5 in leaves of wild-type Arabidopsis but had no effect on eATP content or stomatal movement in
Atmrp4, Atmrp5 and Atmrp4/5 mutants. Thus, eATP is involved in ethylene-induced stomatal closure, and AtMRP4 and
AtMRP5 proteins take part in the secretion of intracellular ATP. The H2S scavenger hypotaurine inhibited the improving
effect of ethylene on eATP content in leaves of wild-type Arabidopsis but had no effect on eATP content or relative ex-
pression of AtMRP4 and AtMRP5 in Atl-cdes and Atd-cdes mutants. eATP may be located downstream of H2S in
ethylene-induced stomatal closure in Arabidopsis thaliana.
Key words extracellular ATP, hydrogen sulfide, ethylene, stomatal closure
Che YM, Zhang DD, Hou LX, Wang LX, Liu X (2015). Extracellular adenosine triphosphate functions downstream
of hydrogen sulfide in ethylene-induced stomatal closure in Arabidopsis thaliana. Chin Bull Bot 50, 22–31.
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† These authors contributed equally to this paper
* Author for correspondence. E-mail: liuxin6080@126.com
(责任编辑: 白羽红)