硫化氢（Hydrogen Sulfide,H2S）作为第三种气体信号分子,在动植物中发挥着重要的生理功能。已有大量的文献报道,H2S在植物抵抗逆境过程中发挥了积极作用,H2S的抗逆性研究主要集中在对非生物胁迫的响应,比如干旱,重金属和盐胁迫等。H2S能够通过巯基化作用调控靶标蛋白从而调节蛋白结构与活性。褪黑素（Melatonin,MEL）是一个普遍存在于动植物中的吲哚类小分子化合物,是较强的内源性自由基清除剂。随着研究的深入,MEL在植物中的生理功能逐渐受到关注。MEL在植物逆境胁迫响应和生长发育调节系统中发挥着重要的作用。H2S和MEL在植物响应干旱胁迫过程中的作用机理正在逐渐被揭示,课题组前期的研究结果显示,H2S通过影响气孔保卫细胞中的离子通道活性来调节气孔运动增强植物的抗旱性。有报道称,外源施加MEL也存在类似的调控作用。那么,在调节离子通道活性进而关闭气孔这一过程中,H2S和MEL是否存在相互作用?本研究旨在探讨H2S和MEL在关闭气孔提高植物抗旱性中的互作方式。主要结果如下:1.外源施加H2S和MEL能够显著关闭气孔,增加渗透胁迫条件下植物的相对含水量。同时,H2S和MEL通过增加脯氨酸和可溶性糖含量,降低丙二醛（MDA）含量和相对电导率来响应渗透胁迫。利用MEL产生的相关酶SNAT（5-羟色胺N-乙酰转移酶）、COMT1（咖啡酸O-甲基转移酶）和ASMT（N-乙酰5-羟色胺甲基转移酶）的突变体株系snat,comt1和asmt证明了H2S关闭气孔部分依赖MEL。此外,渗透胁迫下,ASMT过表达植株中气孔显著气孔关闭。外源H2S提高了SNAT、ASMT和COMT1的转录水平及内源MEL含量。H2S还能够增加KCO1和AKT1的巯基化水平。因此,H2S能够通过增加MEL合成相关基因的转录水平和编码酶的巯基化修饰来促进气孔关闭以应对渗透胁迫。2.不论是正常情况还是干旱胁迫下,外源MEL都能够提高H2S产生相关酶编码基因LCD和DES1的转录水平、H2S含量和产率。MEL和H2S能够通过提高干旱相关转录因子CBF2,CBF3,RD29A,DREB2A和DREB2B的转录水平响应胁迫。利用H2S产生相关酶的突变体株系lcd,des1和lcd/des1为实验材料发现内源H2S含量缺失导致MEL关闭气孔效果不显著,降低了植株干旱胁迫下的存活率,MEL提高干旱胁迫耐受性的能力也受到抑制,也就是说H2S和MEL在响应干旱胁迫的过程中是相互依赖的。3.外源H2S和MEL在干旱胁迫下能够提高K+out通道相关基因（KCO1和GORK）的转录水平,降低K+in通道相关基因（AKT1,AKT2,KAT1和KC1）的转录水平。H2S和MEL相关突变体中K+out通道相关基因的转录水平降低,K+in通道相关基因升高。同时,H2S能够增加KCO1和AKT1的巯基化水平及蛋白稳定性。此外,K+通道相关基因缺失突变体（kco1,kat1,akt1和gork）的研究发现,KCO1,KAT1,AKT1和GORK的缺失对于内源H2S和MEL含量无影响,这些结果说明H2S通过调节K+通道介导MEL诱导的气孔关闭。4.本研究发现了一种新型的内源H2S产生酶,胱硫醚β裂解酶（CBL）,结果显示cbl突变体植株中的内源H2S含量显著低于野生型（Col-0）。渗透胁迫下,与Col-0相比,CBL过表达植株（OE-CBL）中的H2S含量则显著增加。体外重组CBL活性显示CBL能够以L-半胱氨酸作为底物产生H2S。OE-CBL通过提高干旱相关基因（CBF2,CBF3,RD29A,DREB2A和DREB2B）的转录水平及相对失水率来增加植株对渗透胁迫的耐受性。此外,OE-CBL还可以通过显著关闭气孔,提高植株成活率来响应干旱胁迫。弯根实验表明,OE-CBL增加了拟南芥对渗透、重金属和冷胁迫的抗性。5.我们比较了化学法和电极法两种测定植物体内H2S含量方法的差异,结果表明电极法更加灵敏,所测得的数据更加准确。拟南芥莲座叶中H2S含量随植物的生长发育减少,发育成熟的拟南芥植株中,生殖器官中H2S含量比营养器官高。综上所述,我们初步研究了H2S和MEL在响应干旱胁迫过程的作用,进一步探讨了两者在调节气孔运动中与K+通道的紧密关系,发现H2S通过调节K+通道从而介导MEL诱导的气孔关闭,进一步增强拟南芥植物的抗旱性。同时我们还对CBL这一新型的H2S生成酶进行了全面的分析,解析了其响应干旱胁迫的机制。