硫化氢(H_2S)是继一氧化碳(CO)和一氧化氮(NO)气体分子后,发现的第三种多功能气体信号分子。H_2S作为一种气体信号分子,过去几百年人们总是关注于它的毒理效应,直至近年内源H_2S气体在植物体内所具有的生理功能才逐渐被揭开。在植物体内,适宜浓度的H_2S含量具有提高种子发芽率、提高植物的光合、促进不定根的形成、延缓植物衰老和缓解逆境胁迫等作用。以普通烟草(K3Active infection26)为试验材料,通过H_2S供体(Na HS)和H_2S抑制剂(HA)处理研究H_2S对烟草生长及根系发育的影响;为了阐明H_2S诱导烟草根系发生的分子机制,使用转录组测序技术、转基因技术以及实时荧光定量PCR技术来研究H_2S诱导烟草根系形成的调控网络,以期为H_2S调控植物根系生长提供理论参考。主要研究结果如下:1.外源H_2S供体硫氢化钠(Na HS)在低浓度下(0.05 mmol/L,0.1 mmol/L)对种子萌发具有促进作用;高浓度Na HS处理(0.25 mmol/L,0.5 mmol/L)明显抑制了种子的萌发。0.05mmol/L Na HS处理14 d后,烟草幼苗叶片的鲜重和干重分别增加了36.97%、50.58%,根部的鲜重和干重增加了35.18%、31.51%,株高与对照相比没有明显差异;还诱导了烟草幼苗内源H_2S的产生和叶绿素的增加。施加HA(H_2S抑制剂)处理后,烟草叶片的鲜重和干重与对照相比下降;烟草幼苗的株高与对照相比受到抑制。HA处理的烟草幼苗MDA含量和叶绿素含量增加;而烟草幼苗内有大量的超氧阴离子存在和细胞的死亡;且POD和CAT活性增加,相比对照组分别增加了2.9倍和1.39倍。2.外源添加0.05 mmol/L Na HS处理的烟草幼苗根系活力增加了97.56%;其根系长度、表面积、根系体积以及侧根数目与对照相比分别增加了56.41%、79.84%、102.94%和18.54%;HA处理使幼苗的根系总长度、侧根数量以及根系总表面积与对照相比降低了31.26%、57.61%、19.38%,结果表明HA(H_2S抑制剂)处理不仅消除JNJ-42756493了H_2S对侧根的促进作用,还抑制了根系的发育。3.通过对处理14 d后烟草根系进行靶向代谢组学分析,对111种植物激素进行测定发现H_2S对Auxin(生长素)、ABA(脱落酸)、ETH(乙烯)、CK(细胞分裂素)、SA(水杨酸)、JA(茉莉酸)和SL(独脚金内酯)等42种植物激素具有调控作用,其中对生长素类激素的影响最为显著且提高了生长素类激素的含量,使生长素在根系中积累进而促进侧根发育。4.不同处理烟草根系RNA-seq结果显示,有1568个差异表达基因(R-CK VS R-H_2S)和7790个(R-CK VS R-HA)差异表达基因在根系中表达。通过转录组的KEGG通路分析,通过对R-CK VS R-H_2S的转录组分析,差异基因在KEGG通路主要注释到“代谢”途径、“次生代谢物的生物合成”途径和“植物激素信号传导”途径。通过对R-CK VS R-HA的转录组分析,差异基因在KEGG通路主要注释到“次生代谢物的生物合成”途径、“植物激素信号传导”途径和“MAPK信号通路-植物”途径。5.发现H_2S处理与植物激素信号转导途径显著相关,在植物激素途径中的差异表达基因,有46个基因参与生长素的转运和信号转导。其中,3个差异表达基因与生长素运输相关,43个差异表达基因与生长素信号转导相关,包括31个早期生长素反应基因(GH3,11个基因;SAUR,9个基因;Aux/IAA,11个基因),10个生长素反应因子(ARF),22D和15A两个编码生长素诱导蛋白的基因。。6.转录组分析及Q-PCR结果表明,外源H_2S通过提高H_2S合成酶编码基因L-DCD 220(Nitab4.5＿0000391g0220)和CYSM(Nitab4.5＿0000013g0360)的表达量增加内源H_2S的含量,并且调节生长素合成基因YUCCA 4(Nitab4.5＿0007173g0010)、YUCCA 8(Nitab4.5＿0000326g0350)和YUCCA selleckchem9(Nitab4.5＿0001557g0030)的转录水平,进而促进烟草幼苗侧根的发生。