G蛋白和H₂O₂是近年来发现的保卫细胞信号转导的新成员,它们都能诱导气孔关闭,但有关G蛋白和H₂O₂诱导气孔关闭及二者关系的分子机制的研究才刚刚起步,还有许多问题亟待解决。本论文以拟南芥异三聚体G蛋白α亚基基因GPA1 F-DNA插入突变体gpa1-1、gpa1-2,超表达株系wGα、cGα,及H₂O₂合成的关键酶——NADPH氧化酶的催化亚基AtrbohD、AtrbohF基因双重突变体atrbohD/F为实验材料,利用表皮条生物分析、激光共聚焦显微技术、RT-PCR等实验方法对Gα和H₂O₂参与保卫细胞ABA和细胞外CaM信号转导及二者的关系进行了研究,实验结果表明: ABA和细胞外CaM不能诱导拟南芥Gα突变体gpa1-1、gpa1-2气孔关闭,而能诱导Gα超表达株系wGα、cGα气孔快速关闭,说明Gα介导了ABA和细胞外CaM诱导气孔关闭的过程,这就从分子水平证明了Gα参与ABA和细胞外CaM信号转导过程。AtrbohD、AtrbohF是H₂O₂合成的关键酶——NADPH氧化酶的催化亚基,细胞外CaM不能诱导atrbohD/F双重变体气孔关闭,从而为H₂O₂参与保卫细胞外CaM信号转导提供了直接的遗传学证据。 进一步的研究表明,gpa1-1、gpa1-2大大削弱了ABA或细胞外CaM诱导保卫细胞内H₂₂升高的过程,而wGα、cGα加速了ABA或细胞外CaM诱导保卫细胞内H₂O₂升高的过程,这就从分子水平证明了Gα参与ABA或细胞外CaM诱导胞内H₂O₂升高的过程,且在此过程中,H₂O₂位于Gα下游起作用。 拟南芥Gα基因GPA1在野生型和αtrbohD/F双重突变体中表达量基本一致,表明AtrbohD、AtrbohF突变后对GPA1表达量几乎没有影响,暗示AtrbohD、AtrbohF可能位于GPA1下游;AtrbohD、AtrbohF在gpa1-2中表达量明显低于野生型,表明GPA1被敲除后影响了AtrbohD、AtrbohF基因的表达,从而不能活化NADPH氧化酶产生H₂O₂,该结果从基因水平上证明了Gα可能在H₂O₂合成的上游起调节作用。 至此,我们可以推测ABA和细胞外CaM诱导保卫细胞内H₂O₂升高的过程:ABA或细胞外CaM与其受体结合后,激活Gα,Gα正调控AtrbohD、AtrbohF基因转录并活化NADPH氧化酶产生H₂O₂。那么H₂O₂是通过怎样的途径诱导气孔关闭的呢?在H₂O₂下游都有哪些信号分子参与呢? gpa1-1、gpa1-2大大减弱了H₂O₂诱导气孔关闭的过程,说明在H₂O₂诱导气孔关闭的过程中需要Gα的参与,该结论在其它文献中未见报道。结合上文结论,可以推测:H₂O₂在气孔运动中的作用有赖于Gα的活性。 钙信号是保卫细胞信号转导的中心环节,进一步的结果表明,细胞外高浓度Ca²⁺能诱导