硫化水素は、一酸化窒素を媒介とした大麦苗の根のイオン恒常性維持を介して耐塩性を高める

Hydrogen sulfide enhances salt tolerance through nitric oxide-mediated maintenance of ion homeostasis in barley seedling roots.

• Juan Chen
• Wen-Hua Wang
• Fei-Hua Wu
• En-Ming He
• Xiang Liu
• Zhou-Ping Shangguan
• Hai-Lei Zheng

抄録

硫化水素（H2S）と一酸化窒素（NO）は、植物の生理学的プロセスの調節に関与するメッセンジャー分子として注目されている。ここでは、大麦の耐塩性経路における硫化水素と一酸化窒素（NO）のシグナル伝達ネットワークを調べた。H2S のドナーである NaHS は、50μM または 100μM の低濃度で、150mM の NaCl による植物の生長阻害を有意に抑制し、K(+) の流出量を減少させ、内向性カリウムチャネル (HvAKT1) と高親和性 K(+) 取り込み系 (HvHAK4) の遺伝子発現を増加させることで、K(+)/Na(+) のバランスを調節した。H2SとNOは、PM H(+)-ATPaseの量、PM H(+)-ATPaseの転写レベル(HvHA1)とNa(+)/H(+)アンチポーター(HvSOS1)の量を増加させることで、細胞芽細胞内のNa(+)含有量の低下を維持した。H2SとNOは、液胞Na(+)/H(+)アンチポーター(HvVNHX2)とH(+)-ATPaseサブユニットβ(HvVHA-β)の転写レベルを上昇させ、液胞Na(+)/H(+)アンチポーター(NHE1)のタンパク質発現を増加させることで、液胞内へのNa(+)コンパートメントを調節した。H2SはNO産生を増加させることでニトロプルシドナトリウム(SNP)の作用を模倣していたが、NOスカベンジャーの添加ではその作用が弱まった。これらの結果から、H2SはNOシグナルを介してイオンの恒常性を維持することで塩耐性を高めていることが示唆された。

Hydrogen sulfide (H2S) and nitric oxide (NO) are emerging as messenger molecules involved in the modulation of plant physiological processes. Here, we investigated a signalling network involving H2S and NO in salt tolerance pathway of barley. NaHS, a donor of H2S, at a low concentration of either 50 or 100 μM, had significant rescue effects on the 150 mM NaCl-induced inhibition of plant growth and modulated the K(+)/Na(+) balance by decreasing the net K(+) efflux and increasing the gene expression of an inward-rectifying potassium channel (HvAKT1) and a high-affinity K(+) uptake system (HvHAK4). H2S and NO maintained the lower Na(+) content in the cytoplast by increasing the amount of PM H(+)-ATPase, the transcriptional levels of PM H(+)-ATPase (HvHA1) and Na(+)/H(+) antiporter (HvSOS1). H2S and NO modulated Na(+) compartmentation into the vacuoles with up-regulation of the transcriptional levels of vacuolar Na(+)/H(+) antiporter (HvVNHX2) and H(+)-ATPase subunit β (HvVHA-β) and increased in the protein expression of vacuolar Na(+)/H(+) antiporter (NHE1). H2S mimicked the effect of sodium nitroprusside (SNP) by increasing NO production, whereas the function was quenched with the addition of NO scavenger. These results indicated that H2S increased salt tolerance by maintaining ion homeostasis, which were mediated by the NO signal.