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植物响应低剂量UV-B（Ultraviolet B）辐射时启动依赖于UV-B受体UVR8（UV Resistance Locus 8）的专一信号通路,该通路主要包括 UVR8、COP1（Constitutively Photomorphogenic 1）和HY5（Elongated Hypocotyl 5）等组分。UVR8 信号通路不仅能介导一系列UV-B防御基因的表达,促进植物的UV-B耐受性,而且能介导UV-B调控的其它生理过程,如:UV-B抑制植物胚轴生长、UV-B增强植物抗病性以及UV-B参与植物生物钟的调控等。目前,人们对UVR8专一信号通路的作用机制以及该通路介导的生理效应已经有一定程度的认识,但是对该信号通路与其它信号途径或信号分子之间的相互关系了解并不多。研究发现,在植物响应UV-B信号中,乙烯起着重要作用:UV-B能诱导番茄叶片乙烯合成酶基因的表达,促使乙烯生成量增加;UV-B诱导的乙烯作为信号分子参与UV-B诱导拟南芥叶片防御基因的表达。然而,乙烯介导的UV-B辐射反应中,UVR8信号通路是否参与其中以及UV-B诱导乙烯生物合成是否依赖于UVR8信号通路目前不清楚。前人研究已表明,在可见光调控植物形态建成过程中,乙烯信号转导组分与光信号转导分子COP1和HY5之间存在着相互影响,但是在UV-B辐射调控的某一效应中,乙烯信号转导组分与UVR8信号通路成员之间是否存在相互关系也不清楚。为探究以上问题,本文以拟南芥为材料,研究了 UVR8专一信号通路和乙烯信号转导途径在UV-B诱导拟南芥气孔关闭中的作用及其相互关系。通过遗传学、分子生物学、细胞生物学和生物化学等方法和技术,获得的主要结果和结论如下:1.0.5 W·m-2 UV-B辐射能显著诱导野生型拟南芥气孔关闭及保卫细胞内源H2O2和NO生成,但不能诱导UVR8信号通路突变体uvr8、cop1和hy5气孔关闭及保卫细胞内源H2O2和NO的生成。外源H2O2能够逆转uvr8突变体在UV-B辐射下气孔的不关闭性,但是不能逆转cop1和hy5突变体气孔的不关闭性;外源NO供体硝普钠（SNP）能促使野生型和UVR8信号通路成员突变体气孔明显关闭,而且能够逆转UVR8、COP1和HY5各突变体在UV-B辐射下气孔的不关闭性。以上结果表明依赖于UVR8的UV-B专一信号通路UVR8-COP1-HY5参与UV-B诱导拟南芥气孔关闭的信号转导过程,且UVR8-COP1-HY5通路能够介导UV-B诱导保卫细胞H2O2和NO的形成;其次,COP1和HY5也以不依赖于UVR8的方式在保卫细胞H2O2下游和NO上游发挥信号转导作用。2.0.5 W·m-2 UV-B辐射能显著诱导野生型拟南芥叶片和保卫细胞中乙烯合成限速酶1-氨基1-羧基环丙烷（ACC）合酶基因（ACS）ACS2、ACS6和ACS11表达的升高,且UV-B辐射2 h时基因表达达到峰值,但UV-B不能诱导ACS4、ACS5、ACS7和ACS8基因表达的升高。在UV-B辐射下,UVR8信号通路突变体uvr8、cop1和hy5叶片以及保卫细胞中ACS2、ACS6和ACS11基因的表达无显著变化。表明UVR8-COP1-HY5信号通路能够正调控UV-B辐射诱导拟南芥叶片和保卫细胞中ACC合酶基因ACS2、ACS6和ACS11的表达。3.0.5 W·m-2 UV-B辐射能显著促进野生型拟南芥叶片乙烯生成的增加,但ACS双突变体acs2-1 acs6-1（N16581）、多突变体acs2-1 acs6-1 aacs1-1 cs4-1 acs5-2 acs7-1 acs9-1（N16650）和acs2-1 acs6-1 acs1-1 acs4-1 acs5-2 acs7-1 acs9-1 acs11-1（N16651）、UVR8信号通路突变体uvr8、cop1和hy5以及ACC合酶抑制剂氨氧乙基乙烯基甘氨酸（AVG）均显著抑制UV-B辐射诱导的拟南芥叶片乙烯生成。表明UVR8-COP1-HY5信号通路和ACC合酶基因ACS2、ACS6、ACS11参与UV-B辐射诱导拟南芥叶片乙烯生物合成的过程。4.0.5 W·m-2 UV-B辐射诱导保卫细胞H2O2和NO形成以及气孔关闭的效应能被ACC合酶抑制剂AVG和ACS基因相关突变体显著抑制,且外源H2O2和SNP都能逆转AVG和ACS基因突变体对UV-B诱导气孔关闭的抑制效应。说明UV-B辐射通过诱导乙烯生成促进了保卫细胞H2O2和NO的形成以及气孔关闭。5.UV-B辐射与ACC处理能诱导乙烯受体etr2和ers2突变体保卫细胞内源H2O2和NO水平显著升高以及气孔明显关闭,也能诱导乙烯信号元件ein2、ein3和arr2突变体保卫细胞内源H2O2生成明显增加,但不能诱导信号元件突变体保卫细胞内源NO水平的升高和气孔关闭;此外,UV-B辐射与ACC处理既不能诱导铜离子转运体ran1、乙烯受体etr1、ein4和ers1突变体气孔关闭,也不能诱导其保卫细胞内源H2O2和NO水平的升高。外源H2O2能逆转ran1和ein4突变体在UV-B辐射或ACC处理下的气孔不关闭性,但不能逆转etr1、ers1、ein2、ein3和arr2突变体的气孔不关闭性;外源SNP能逆转上述所有乙烯信号转导途径突变体在UV-B辐射或ACC处理下的气孔不关闭性。乙烯信号转导途径负调节因子CTR1的功能缺失突变体ctr1在可见光下表现出保卫细胞组成型H2O2和NO生成以及气孔关闭。以上结果表明铜离子转运体RAN1、受体ETR1、ERS1和EIN4、负调节因子CTR1以及信号元件ARR2、EIN2和EIN3均参与乙烯介导的UV-B诱导拟南芥气孔关闭过程,其中RAN1、EIN4、ETR1、ERS1和CTR1作用于H2O2的上游响应乙烯信号,同时ETR1和ERS1也作用于H2O2的下游通过依赖于EIN2、EIN3和ARR2的方式诱导保卫细胞NO的生成进而导致气孔关闭。6.无论在可见光下还是UV-B辐射下,外源ACC能诱导uvr8突变体保卫细胞H2O2和NO的生成以及气孔关闭,也能促使cop1和hy5突变体保卫细胞H2O2的生成,但不能诱导cop1和hy5突变体保卫细胞NO的生成和气孔关闭。表明UVR8不参与乙烯调控的气孔运动过程:COP1和HY5参与乙烯诱导拟南芥保卫细胞NO生成和气孔关闭,但不参与乙烯诱导保卫细胞H2O2生成的信号转导过程。另外,该结果也表明在UV-B诱导气孔关闭的信号转导途径中,COP1和HY5除过与UVR8形成信号通路介导UV-B诱导乙烯生成外,还通过不依赖于UVR8的方式作用于乙烯下游参与乙烯诱导保卫细胞NO形成和气孔关闭。7.在可见光下,拟南芥野生型背景分别过表达EIN2的C端（CEND）、EIN3、COP1或HY5的转基因植物与野生型相比,保卫细胞H2O2水平均明显很低,但NO水平明显增高且气孔关闭;转基因植物35S:COP1/ein2-1、35S:COP1/ein3-1、35S:HY5/ein2-1和35S:HY5/ein3-1与野生型或ein2和ein3突变体相比,保卫细胞H2O2水平无明显变化,但NO水平明显增高,气孔均明显关闭;然而,转基因植物 35S:CEND/cop1-4、35S:CEND/hy5-ks50、35S:EIN3/cop1-4 和 35S:EIN3/hy5-ks50与野生型以及cop1和hy5突变体类似,保卫细胞H2O2和NO水平均明显很低且气孔开放。UV-B辐射能诱导转基因植物35S:COP1/ein2-1、35S:COP1/ein3-1、35S:HY5/ein2-1和35S:HY5/ein3-1保卫细胞H2O2水平显著增高,但不能诱导35S:CEND/cop1-4、35S:CEND/hy5-ks50、35S:EIN3/cop1-4和35S:EIN3/hy5-ks50 保卫细胞H2O2和NO水平升高和气孔关闭;ACC处理能诱导转基因植物35S:COP1/ein2-1、35S:COP1/ein3-1、35S:HY5/ein2-1和35S:HY5/ein3-1 保卫细胞H2O2水平升高,也能诱导 35S:CEND/cop1-4、35S:CEND/hy5-ks50、35S:EIN3/cop1-4和35S:EIN3/hy5-ks50保卫细胞H2O2水平升高,但不能诱导35S:CEND/cop1-4、35S:CEND/hy5-ks50、35S:EIN3/cop1-4和35S:EIN3/hy5-ks50 保卫细胞NO水平升高和气孔关闭。以上结果暗示,在乙烯介导UV-B诱导拟南芥气孔关闭过程中,COP1、HY5、EIN2和EIN3都位于H2O2下游和NO上游发挥作用,而且COP1和HY5作用于EIN2和EIN3的下游调控保卫细胞内源NO的生成,进而诱导气孔关闭。综上所述,本文的研究表明UV-B诱导拟南芥气孔关闭的信号转导途径为:保卫细胞UV-B受体UVR8接受UV-B信号后解聚为单体并与COP1结合入核,促进转录因子HY5的转录及蛋白稳定,然后HY5诱导ACC合酶基因ACS2、ACS6和ACS11的表达促进乙烯生成,乙烯在铜离子转运体RAN1的协助下与受体ETR1、ERS1和EIN4结合导致负调节因子CTR1失活,CTR1失活促使保卫细胞H2O2形成,H2O2信号被ETR1和ERS1感知并通过EIN2-EIN3-COP1和HY5信号途径诱导保卫细胞NO形成,最后NO调控保卫细胞离子通道活性进而导致气孔关闭。