蚕豆α类扩张蛋白VfEXPA1 参与调节气孔运动

与其他种类的植物细胞不同, 保卫细胞可以反复地进行扩张收缩运动, 进而达成气孔的开放和关闭. 在这个过程中, 调节保卫细胞细胞壁松弛的机理却不清楚. 从蚕豆表皮条中克隆了一个α类扩张蛋白, 并命名为VfEXPA1. VfEXPA1 的表达受暗处理和水淹处理的影响,但光照和ABA 的处理并不改变VfEXPA1 的表达. 进一步, 在烟草中过表达了VfEXPA1.VfEXPA1 过表达植株中蒸腾和光合速率显著增加, 且光诱导的气孔开放速度也大大高于野生型. 实验结果表明, 气孔保卫细胞特异表达的扩张蛋白VfEXPA1 调控了气孔开放过程.     

气孔保卫细胞微管对质膜上钾离子通道的调节作用

利用膜片钳技术探讨了气孔保卫细胞微管对质膜上钾离子通道的可能调节作用。在细胞内分别加入微管解聚剂甲基胺草磷与微管稳定剂紫杉醇均显著地抑制保卫细胞全细胞内向钾电流。结果表明,保卫细胞质膜上内向钾离子通道的正常活性有赖于细胞微管的正常解聚／聚合的动态变化,微管系统对钾离子通道的调节可能是细胞骨架调控气孔运动的生理机理之一。     

转OsNHX1基因耐盐84K杨的培育

采用农杆菌介导的方法将水稻Na+/H+反向转运器基因OsNHX1导入84K杨, 获得3株抗性转化植株, PCR, Southern 和Northern检测结果表明, OsNHX1基因已经整合到84K杨基因组中, 并可以稳定表达. 耐盐实验表明, 3个株系的转基因植株能在200 mmol/L NaCl条件下正常生长. 对盐胁迫处理的转基因植株进行Na+含量和渗透势测定, 发现转基因植株叶片中的Na+明显高于对照植株, 其渗透势明显低于对照植株. 分子检测和耐盐性实验表明OsNHX1基因的转化获得成功, 并获得84K杨耐盐转基因 植株.     

蚕豆类水孔蛋白基因的克隆及表达

为了解水孔蛋白在气孔运动中的作用,通过5′/3′RACE(rapid amplification of cDNAends)技术从蚕豆(Vicia fafba)叶片表皮cDNA中克隆出1个编码290个氨基酸的类水孔蛋白基因VfPIP1(Vicia faba plasma membrane intrinsic protein gene),GenBank登录号为AY667436.应用计算机软件对VfPIP1的氨基酸序列分析表明,VfPIP1含6个跨膜区,具有质膜水孔蛋白的特征信号序列GGGANXXXXGY和TGI/TNPARSL/FGAAI/VI/VF/YN,属于PIP1亚家族成员.原位杂交及Northern blot分析显示,VfPIP1在保卫细胞中有较强的表达信号,并受脱落酸(ABA)诱导.上述结果为研究水孔蛋白VfPIP1在气孔运动中的作用及其活性调节机制打下了基础.     

拟南芥液泡膜水孔蛋白的互作蛋白AtSM34 参与种子萌发的渗透胁迫响应

水孔蛋白(aquaporin, AQP)广泛参与植物的各种生理活动, 但还有许多调控机制未被发现. 为进一步对其调控因子进行研究, 运用酵母双杂交筛选拟南芥液泡膜水孔蛋白TIP1;1(tonoplast intrinsic protein, TIP)的互作子, 这是拟南芥中第一个被发现的液泡膜上具有高度水转运活性的蛋白. 以AtTIP1;1 为诱饵, 筛选得到一个新的TIPs 结合蛋白, 并在酵母和植物细胞中验证了这种结合. 该蛋白被命名为AtSM34, 编码一个含309 个氨基酸的多肽, 预测分子量为34 kD, 具有1 个单独的MYB/SANT 样结构域. AtSM34 启动子融合GUS 组织化学染色分析显示, 其表达主要位于花、茎和叶中, 尤其是维管束组织, 并且响应渗透胁迫. AtSM34 定位于内质网, 截断分析显示其N 端(1~83 位氨基酸)对于其定位至关重要. 过表达AtSM34 导致转基因植物对外源甘露醇、山梨醇及脱落酸更加敏感, 表现为萌发延迟. 进一步研究发现,AtSM34 也可与AtTIP1;2 和AtTIP2;1 结合, 这2 个TIP 蛋白对液泡渗透调节发挥着重要作用,并在种子萌发阶段大量表达. 这暗示着AtSM34 可能通过影响水孔蛋白基因的表达, 参与种子萌发早期阶段的渗透胁迫响应.     

Ca2+/CaM参与乙酰胆碱调控气孔运动的信号转导

动物神经递质乙酰胆碱也存在于植物中并参与气孔运动调控. Ca2+/CaM在气孔保卫细胞信号转导中作为第二信使起着重要的作用. 药理学实验证明, 在含Ca2+的介质中, Ca2+通道阻断剂尼群地平及异博定(NIF, Ver)和CaM抑制剂三氟拉嗪(TFP)及W7抑制乙酰胆碱诱导的气孔开放, 但在含K+的介质中不起作用, 推测Ca2+和CaM参与了乙酰胆碱调控气孔运动的信号转导.     

蚕豆保卫细胞中类整合蛋白的鉴定

整合蛋白（integrins)是一类广泛存在于动物细胞表面的蛋白质。它介导细胞和胞外基质、细胞和细胞之间的黏连,也参与细胞内外的信息传递。以前的研究表明,微管和微丝参与调节气孔的运动。利用人整合蛋白（αvβ3/β5)的多克隆抗体证明类整合蛋白存在于蚕豆保卫细胞,并对其进行了定位。Western免疫印迹结果表明在纯化的蚕豆保卫细胞原生质体的膜碎片中存在类整合蛋白,其分子量分别为47．3,43．7和41．1ku。共聚焦激光扫描显微镜观察表明,类整合蛋白存在于蚕豆保卫细胞质膜上,且主要分布在背壁的细胞膜上,这与保卫细胞和表皮细胞之间的信号转导是一致的。因此,这项研究结果证明类整合蛋白存在于蚕豆保卫细胞的质膜上。     

扩张蛋白在旱稻根的免疫组化定位及对旱稻抗旱性的表达分析

扩张蛋白是一类细胞壁非酶蛋白，在植物发育进程中起着重要作用.本实验以旱稻为材料，通过AtEXP1抗体对扩张蛋白在旱稻根中的定位及可能的作用机制进行了探讨.研究表明扩张蛋白参与了旱稻根系的生长发育，且更可能是促进了侧根、不定根的生长.利用OsEXP3基因特异性片段，即部分3′-UTR片段作为探针模板，通过Northern杂交技术对其在4种抗旱性不同的旱稻以及干旱胁迫条件下的表达特性进行了分析.结果显示： OsEXP3基因受到干旱胁迫的正调控，且其表达量与旱稻的抗旱性呈现正相关.由此推测，在干旱胁迫条件下，扩张蛋白很可能是通过促进侧根与不定根的生长发育来提高旱稻的抗旱性.     

H2O2介导的NO合成参与乙烯诱导的拟南芥叶片气孔关闭

利用药理学实验、激光共聚焦显微技术结合遗传学手段,证明光下乙烯利可诱导拟南芥叶片气孔关闭,且具有时间和剂量效应. 乙烯利能够明显增加气孔保卫细胞和叶片的H2O2和NO水平,且H2O2和NO清除剂均明显抑制乙烯利诱导的拟南芥叶片气孔关闭.硝酸还原酶(NR)、NADPH氧化酶和细胞壁过氧化物酶的抑制剂可不同程度抑制乙烯利的作用. 乙烯利亦可明显诱导Atnoal突变体叶片气孔关闭及NO的积累,但对nial,nia2突变体没有明显影响.清除H2O2可减弱乙烯利对NO含量和NR活性的诱导效应,说明H2O2和NO均参与乙烯诱导的拟南芥叶片气孔关闭,且NO(主要由NR途径合成)可能位于H2O2下游参与调控这一信号通路.     

G蛋白可能参与细胞外钙调素促进蚕豆气孔关闭的过程

存在于蚕豆保卫细胞质外体的细胞外钙调素(CaM)具有调控气孔运动的重要作用.以蚕豆表皮条为材料,利用激光共聚焦显微技术以及表皮条的生物分析方法研究了细胞外CaM促进气孔关闭的机理.实验结果表明,细胞外CaM能诱导保卫细胞[Ca 2+ ] cyt 升高,且升高程度随细胞外Ca 2+ 浓度的升高而增加;使用Ca 2+ 通道抑制剂的结果表明细胞外CaM诱导保卫细胞[Ca 2+ ] cyt 升高的过程以细胞外Ca 2+ 内流为主.利用G蛋白抑制剂PTX和激活剂CTX后发现,PTX能抑制细胞外CaM诱导的保卫细胞[Ca 2+ ] cyt 升高和气孔关闭,CTX也能通过诱导保卫细胞[Ca 2+ ] cyt 升高来促进气孔关闭,且Ca 2+ 主要来源于细胞外.说明G蛋白可能参与了细胞外CaM促进气孔关闭的过程.根据以上结果我们提出了细胞外CaM调控气孔运动的可能模式:细胞外CaM可能通过激活保卫.