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植物在长期进化过程中产生了诱导防卫机制来保护自己免受病原菌侵害，生物或化学激发子处理后，能诱导植物表达防卫反应以应对生物与非生物胁迫的能力。脂多糖(lipopolysaccharides，LPS)是革兰氏阴性细菌细胞壁的主要成分，被植物感知后，启动植物防御反应从而增强抵御病原菌侵害能力。近来研究表明LPS能诱导一氧化氮(nitric oxide，NO)的生成以及病原相关基因的表达，而且NO参与介导水杨酸(salicylic acid，SA)信号途径中病原相关基因PR1基因(pathogenesis-related gene1)的表达，因而NO可能在LPS诱导植物表达防卫反应过程中起到重要作用。但是目前，关于NO在LPS诱导的植物防御反应中的产生机理及调控机制尚不完全清楚。
本论文研究工作主要包括:
第一:利用生物光子学技术手段（荧光光谱和激光共聚焦显微技术）结合新型的NO荧光分子探针，以拟南芥为研究对象，实时、动态监测了重要信号分子NO的合成机理和亚细胞定位特征。研究发现，LPS能诱导拟南芥原生质体产生大量NO，这些NO最初是由线粒体产生的，并且是在LPS处理后80分钟左右开始出现。采用NO合成酶(nitric oxide synthase，NOS)抑制剂(L-NNA，L-NAME)处理则能显著抑制LPS诱导的NO的生成，而硝酸还原酶(nitrate reductase，NR)抑制剂tungastate处理则不能明显抑制LPS诱发的NO产生。此外，外源添加NOS的底物L-精氨酸(L-arginine)以及采用L-精氨酸含量增加的cue1突变体经LPS处理后，NO的生成量明显增加。而NR功能缺失的植株nia1nia2则基本上对LPS诱发的NO产生情况没有明显影响。我们进一步测定了LPS对拟南芥NOS和NR酶活性的影响，结果表明LPS诱导下NOS的活性有一个显著上升过程，而NR的活性没有增加，相反有少量减少。这些结果说明LPS处理能诱发拟南芥NO的产生，NO的来源起源于线粒体，并且NO的合成主要是通过依赖NO合成酶的途径。
第二:对早期信号分子NO和NPR1蛋白在LPS诱导的防御反应中的调控机制进行了研究。研究结果表明LPS诱导产生的NO能调控编码交替氧化酶的相关基因AOX(Alternative Oxidase)转录水平的表达，拟南芥中编码AOX的基因有5个，其中AOX1a和AOX1b基因的表达水平显著上调，而AOX1c，AOX1d以及AOX2的表达量不甚明显。同时LPS处理拟南芥也能增强几种重要的抗氧化酶的活性，包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)，抗氧化物酶(peroxidase，POD)，过氧化氢酶(catalase，CAT)，进而缓解病菌侵染条件下线粒体的氧化程度，减少了叶片组织过氧化氢(hydrogen peroxide，H2O2)的累积，从而调节胞内氧化还原平衡以减轻病菌侵染造成的氧化损伤。但是采用NOS抑制剂(L-NNA，L-NAME)以及NO清除剂cPTIO处理后，无论是LPS诱导的AOX基因表达的上调，还是几种抗氧化酶(SOD/POD/CAT)活力的增加都显著受到抑制。本文结果还证明了LPS能促使NPR1蛋白的转位入核，并进而调控下游抗病相关蛋白和防御相关基因的表达，而且NO还参与调节NPR1蛋白的转位入核以及调控下游防御相关物质胼胝质(callose)的累积以及病原相关基因PR1的表达，减轻病菌感染程度。这些结果表明NO和NPR1蛋白通过激活下游信号促使了防御相关物质的累积、调节胞内氧化还原平衡，通过启动一系列防御相关的过程从而在LPS诱导的植物免疫反应中发挥了重要调控作用，增强植物抗性。
第三:我们分析了磷脂酶D(phospholipase D，PLD)信号在LPS诱导的植物抗病反应中的作用。我们发现PLD抑制剂1-Butanol处理能抑制LPS诱发的效应，导致病菌侵染后光合能力下降，而且抑制了LPS诱导的抗氧化酶活性的增加以及抗氧化相关基因的表达，导致叶片感染病菌程度加剧。表明PLD参与调节抗氧化酶活性，能介导抗氧化相关基因的表达，从而调节胞内氧化还原平衡，通过减少病菌侵染造成的氧化损伤参与到抗性反应中。
本研究工作在细胞分子水平上阐述了重要的信号分子NO的生理合成机制，并进一步研究了NO信号分子和NPR1调控蛋白在LPS诱导的免疫反应过程中的作用机制，而且初步证明了PLD在LPS诱导的抗氧化胁迫中的作用。这些工作有助于揭示植物和微生物之间的复杂关系，而且为更好将生物诱导因子作为新型农药应用于农业生产提供一定的理论实验基础。