钙在红光诱导的绿豆原生质体膨大中的作用

在植物光形态建成的研究中,光信号如何传递的问题至今尚不清楚.Roux等曾在Haupt和Weisenseel的基础上,提出钙信使系统参与光信号传递的假说.这一假说已在低等植物转板藻叶绿体的向光旋转和球子蕨孢子需光萌发中得到证实.我们以高等植物绿豆黄化幼苗下胚轴原生质体为实验材料,研究在光敏色素调节的原生质体膨大反应中,钙是否作为第二信使,起着传递光信号的作用.     

杜氏盐藻肌醇磷脂信息传递系统在低渗震动中的可能作用

在植物生命活动中,胞外信号(光、温度、重力、水分和激素等)控制着许多生理生化过程。细胞如何感受环境信号,并把它们传递到细胞内,转换为生理反应成为近年来生命科学研究的热点之一。这方面的研究在动物细胞中开展的较早、较广泛和深入。外界信号被动物细胞表面的受体接受后,引起磷脂酶C(PLC)活化,使质膜肌醇磷脂降解,产生第二信使——肌醇三磷酸(IP_3)和二酰甘油(DAG)。IP_3可促进细胞质贮钙体释放Ca~(2+),活化Ca~(2+)-CaM系统或     

光对高等植物基因表达的调控作用

光是高等植物生长发育及其分化过程中的一个极为重要的环境因子。除利用光能来转化和贮藏能量的光合作用这一高能反应外,植物对光的另一个低能反应——光形态建成反应已日益受到研究者们的重视。植物的光形态建成反应实质上是受光调控的植物的生长、发育和分化的过程。这个过程中,光的几个参数都很重要,它们是:光谱质量(光质)、光照度(光强)、光照频率(单位时间的照光次数)和持续时间、以及光照的空间对称性与非对称性。从40年代发现光敏色素至今,人们对于植物对光的反应的研究已分别从植株、器官、组织、细胞及分子水平进行了大量的工作。去年10月在日本召开的第16届国际植物学会议,专门讨论了植物光敏色素及植物的光形态建成,会议的论文几乎都是从分子水平上进行的,特别是其中有相当数量的报道是关于高等植物的基因表达受光调控方面的研究成果,表明植物光生物学的研究益已进入分子生物学时代。     

植物远红光受体——光敏色素A的研究进展

光敏色素是植物中感受红光和远红光的光受体,而光敏色素A(phyA)是植物中唯一感受并响应远红光信号的光受体。phyA以Pr形式在细胞质中合成,接受光照后被激活,转换为具有生物活性的Pfr形式。Pfr形式的phyA与穿梭蛋白FHY1/FHL结合并被转运进入细胞核,在细胞核中与FHY1/FHL分离;FHY1/FHL出核,进行下一个转运phyA进入细胞核的循环。近年发展的phyA数学模型指出,phyA受体Pr与Pfr形式间的转换,以及特异性依赖FHY1/FHL转运进入细胞核,决定其成为植物远红光的光受体。在细胞核中,激活形式的phyA与COP1和SPA蛋白直接相互作用,抑制其形成有功能的E3泛素连接酶复合体;从而使转录因子HY5等蛋白能够积累,促进光形态建成的发生。Pfr形式的phyA也可以与转录因子PIFs相互作用,并介导PIFs的快速磷酸化和降解,从而解除PIFs对光形态建成的抑制作用。FHY3和FAR1是转座酶衍生的一类转录因子,能够在远红光下直接激活FHY1/FHL的基因表达;而HY5能够负反馈调控FHY3/FAR1对于FHY1/FHL的转录激活作用,从而维持远红光信号的动态平衡。Pfr形式的phyA在细胞核内能够被磷酸化,磷酸化的phyA是COP1/SPA的E3泛素连接酶复合体优先降解的底物;而最新的研究表明,磷酸化的phyA可能是一种活性更强的形式,在诱导植物远红光信号响应中扮演重要的角色。     

植物远红光受体——光敏色素A的研究进展#br#

光敏色素是植物中感受红光和远红光的光受体,而光敏色素A(phyA)是植物中唯一感受并响应远红光信号的光受体。phyA以Pr形式在细胞质中合成,接受光照后被激活,转换为具有生物活性的Pfr形式。Pfr形式的phyA与穿梭蛋白FHY1/FHL结合并被转运进入细胞核,在细胞核中与FHY1/FHL分离;FHY1/FHL出核,进行下一个转运phyA进入细胞核的循环。近年发展的phyA数学模型指出,phyA受体Pr与Pfr形式间的转换,以及特异性依赖FHY1/FHL转运进入细胞核,决定其成为植物远红光的光受体。在细胞核中,激活形式的phyA与COP1和SPA蛋白直接相互作用,抑制其形成有功能的E3泛素连接酶复合体;从而使转录因子HY5等蛋白能够积累,促进光形态建成的发生。Pfr形式的phyA也可以与转录因子PIFs相互作用,并介导PIFs的快速磷酸化和降解,从而解除PIFs对光形态建成的抑制作用。FHY3和FAR1是转座酶衍生的一类转录因子,能够在远红光下直接激活FHY1/FHL的基因表达;而HY5能够负反馈调控FHY3/FAR1对于FHY1/FHL的转录激活作用,从而维持远红光信号的动态平衡。Pfr形式的phyA在细胞核内能够被磷酸化,磷酸化的phyA是COP1/SPA的E3泛素连接酶复合体优先降解的底物;而最新的研究表明,磷酸化的phyA可能是一种活性更强的形式,在诱导植物远红光信号响应中扮演重要的角色。     

水稻高温感知及响应机制的研究进展

全球气候变暖威胁粮食安全,水稻极易受到高温的影响而减产。植物通过不同层面感知高温并激活下游的高温响应,包括膜流动性、蛋白质内稳态和活性氧内稳态平衡的改变等。水稻在不同的亚细胞结构(细胞膜、内质网、叶绿体)和不同的生理生化过程(核酸、蛋白质、代谢)上响应高温。自然位点在生产应用上更为便捷,其中TT1(Thermotolerance 1)、TT2、TT3是三个重要的水稻耐高温自然位点,并分别通过参与毒性蛋白清除、钙信号介导的蜡质代谢以及细胞膜-叶绿体信号转导调控水稻抗热,因此挖掘耐高温自然位点,解析作物高温感知及响应机制,为培育抗高温作物新品种提供理论基础,具有重要意义。     

光敏色素作用和温度的关系

研究证明,不廿光敏色素调节黄化绿豆下胚轴原生质体的膨大反应不同：２９℃诱导瓜最强,１７℃接近其临界低温,３３℃时远红光失去对红光的逆转力,说明Ｐｒ和Ｐｆｒ信号传递链可能有差异,以地高辛标记光敏色素Ａ（ＰｈｙＡ）的ｃＤＮＡ克隆进行分子杂交,发现１７和３３℃下红光诱导的黄化燕麦幼苗中Ｐｈｙ Ａ基因表达抑制能力比在２６℃下减少一半多,但远红光的逆转作用在不同温度下差别很小,说明不同植物的不同光敏色素反应     

光敏色素影响赤霉素调控的水稻幼苗光形态建成特征

赤霉素(gibberellin, GA)是一种重要的植物激素, 它与光敏色素协同调节拟南芥植株的光形态建成特征. 但是GA对水稻幼苗光形态建成和暗形态建成的影响, 特别是在此过程中光敏色素与GA之间的相互作用仍不清楚. 本研究利用野生型和光敏色素突变体(phyA和phyB)水稻作为研究材料, 分析了GA生物合成抑制剂多效唑(PAC)对黑暗和光照下生长的水稻幼苗胚芽鞘、地上部分和主根延伸以及光调控基因LHCB表达的影响. 据此推测, 在暗生长条件下, PAC处理能够抑制野生型水稻幼苗胚芽鞘的生长, 诱导LHCB基因的表达; phyA突变体对PAC处理的反应不如野生型敏感; phyB突变体和野生型反应基本相同. 在光照条件下, PAC处理能够抑制水稻幼苗地上部分的生长, phyB突变体对PAC处理的反应不如野生型和phyA突变体敏感. 此外, phyB介导的光信号负调控PAC诱导的主根延伸反应. 据此推测, GA是维持水稻幼苗暗形态建成、抑制光形态建成所必需的; 另一方面, phyA和phyB或正或负调控PAC所诱导的光形态建成反应. 本研究结果揭示了光敏色素和GA在水稻幼苗生长发育中的相互作用, 为进一步研究光和GA协同调控水稻发育的分子机制奠定了基础.     

植物中存在新的两组分信号系统基因

两组分信号系统基因最早是从细菌中发现并广泛研究的,它参与细菌许多适应性行为的信号传递过程,最近的研究表明,类似的两组分信号传递系统在真核生物中也存在,如植物中发现的分别与乙烯和细胞分裂素信号传递有关的ＥＴＲＩ和ＣＫＩＩ基因。     

光敏色素B介导光信号影响水稻的脱落酸途径

研究表明,拟南芥中光敏色素介导的光信号与植物激素脱落酸(abscisic acid,ABA)途径相互作用.但水稻光敏色素与ABA途径之间是否相互影响仍不清楚.利用野生型和phyB突变体水稻作为研究材料,分析phyB介导的光信号对ABA生物代谢和ABA反应的影响.结果表明,ABA合成代谢相关基因OsNCED1,OsNCED2,OsNCED3和OsNCED4在phyB突变体中的表达水平明显高于野生型,而ABA降解代谢基因OsABAOX1则相反,这可能解释了phyB突变体积累较多内源ABA的原因.外源ABA处理明显抑制黑暗和光照下生长的水稻种子的萌发,但光照条件下ABA对phyB突变体种子萌发的抑制效果更明显.据此推测,phyB感受的光信号消弱了ABA对种子萌发的抑制效果.通过分析部分已报道的种子萌发相关基因在正常或ABA处理的野生型和phyB突变体中的表达水平,结果表明,phyB介导的光信号对水稻种子萌发的调控作用可能与这些基因无关.此外,在红光条件下,ABA处理能够抑制水稻幼苗地上部分的生长,野生型和phyB突变体对ABA处理的反应基本相同;但是ABA对phyB突变体主根生长的抑制效果显著高于野生型,这个结果表明phyB介导的光信号不影响ABA对水稻幼苗地上部分生长的抑制效果,但负调控ABA对主根生长的抑制效果.上述研究结果表明,phyB介导的光信号负调控水稻ABA的积累和ABA反应.本研究揭示了水稻光敏色素对ABA途径的影响,为深入研究光信号途径和ABA途径之间协同调控水稻发育的分子机制奠定了基础.     

植物光信号转导

植物的生长发育受到多种环境因素的影响,而光信号是其中最重要的环境信号之一。从植物的种子萌发开始到完成整个生命周期,光参与调控其中几乎每一个生长和生理发育过程。植物自身进化了一整套复杂而精细的光信号转导系统,以应对自然界中时刻变化的光环境。经过30多年的研究,植物光生物学家确定了光受体-E3泛素化连接酶复合体-转录因子为主要调控途径的光信号转导体系。这一信号转导网络控制了植物体内将近1/3基因的表达,从而在分子层面上确保植物的正常生长发育。     

红藻坛紫菜(Porphyra haitanensis)中功能光敏色素的存在

高等植物中普遍存在光敏色素是早为人们所知的,但是它在低等植物中是否存在至今仍然有争论。Salisburg总结了早期的研究指出:未曾发现在真菌和藻类中存在光敏色素的证据,绿藻是例外,因而光敏色素似出现于在系统演化上只有叶绿素a和b为其光合作用受体色素的植物中。其后,Rentschler报告了甘紫菜(P.tenera)单孢子发育的光周期的诱导;Dring发现甘紫菜孢子囊的发生能在长暗周期的中间被瞬间的红光所打断,而再为远红光所     

高等植物光系统复合物结构生物学研究进展

光合作用过程中，植物通过位于叶绿体中类囊体膜上的光系统II和光系统I及其他蛋白复合物将吸收的太阳能转化为化学能，并释放氧气。两个光系统均是由各自的核心复合物和外周捕光天线组成的多亚基膜蛋白色素复合体，并参与植物在不同光照环境的适应调节过程，了解这些复合物的结构有助于对光合作用分子机制的深入理解。文章系统总结了近期高等植物光系统II和光系统I及相关蛋白复合物的结构生物学研究进展。     

光在植物组织培养中的调控作用

光是地球上一切生命的能量来源,它是世界上一切生物赖以生存的环境中最重要的因素之一.生命的起源和进化离不开光,生物结构和功能也受到光的强烈影响.珊已发现,植物正常的发育过程,是一个光形态建成的过程、一个需光调控的过程.从种子萌发、幼苗生长、叶片展开和叶绿体发育一直到开花、衰老和对光环境的各种适应,都离不开光参与调节.随着研究工作的深入,导致产生了“光生物学”.它是一门正在发展的生气勃勃的学科,美国等正从“光形态建成”等十四个领域展开着深入的研究.在农业生态上,不同波长的彩色光已被作为一项新的技术措施,取     

对光系统Ⅱ原初电子受体(去镁叶绿素)光还原时荧光信号的特性的研究

近年来,去镁叶绿素参与光系统Ⅱ(简写PSⅡ)反应中心的电子传递已被证实。光合作用原初反应研究的这一进展表明,去镁叶绿素是PSⅡ的原初电子受体,而过去被认为的原初电子受体Q仅是次级电子受体。 本文主要报道,用不同手段处理叶绿体,改变次级电子供体D向原初电子供体P680~ 传递电子的速率,对去镁叶绿素光还原时的荧光信号(简写Fph~-)的调节作用。     

干旱胁迫下植物体内活性氧的作用机制

环境胁迫是农业生产中面临的主要问题之一,其中干旱胁迫对植物的生长发育、农作物减产及环境恶化具有重要影响.面对自然环境危害,植物在形态学、生理学、生物化学、细胞和分子水平等方面已进化形成了一系列的适应性,如植物的避逆性、耐逆性及抗逆性等.因此,了解干旱胁迫对植物的影响以及植物对干旱信号的感知、传递和应答对解决和提高作物产量具有重要的意义.活性氧(ROS)作为植物有氧代谢的副产物,在植物的生长发育过程中发挥着双重的调节作用.正常环境条件下,植物细胞中ROS的产生和清除处于动态平衡,当植物遭遇干旱胁迫刺激后这种平衡被破坏,导致植物体内ROS的产生和代谢发生紊乱, ROS介导的氧化应激能够引起生物膜过氧化、细胞核受损、光合作用受阻、呼吸作用异常等多种有害的细胞学效应.另外, ROS作为重要的信号分子,与其他信号分子,如CaM, G蛋白, MAKP, miRNA及NO之间相互作用共同构成植物体庞大而复杂的信号网络,在植物的生长发育、生理生化反应、细胞程序性死亡(PCD)、激素代谢以及生物胁迫和非生物胁迫应答等方面起着重要的调控作用.此外,植物为防止ROS的过度积累导致的氧化应激对细胞造成氧化损伤,植物细胞已经进化出多种抗氧化机制,如酶促系统和非酶促系统,以清除ROS过度积累所带来的毒害.本文综述了干旱胁迫对植物生长发育、形态结构和生理生化等方面的影响以及植物对干旱胁迫应答之间的相互关系,系统地介绍了干旱胁迫下ROS的类型、产生部位及作用机制,讨论了ROS作为第二信使与其他信号分子之间可能存在的信号网络,旨在进一步为植物体内ROS的作用机制以及如何提高植物抗逆性研究提供理论依据.     

真细菌型的细胞分裂位点决定因子CrMinD基因在衣藻中从叶绿体到核的成功转移

MinD蛋白是一种普遍存在的ATP酶, 在真细菌、古细菌以及植物叶绿体的分裂过程中发挥着关键的作用. 在已研究过的4种绿藻(Mesostigma viride, Nephroselmis olivacea, Chlorella vulgaris, Prototheca wicker-hamii)中, MinD基因均由叶绿体基因组编码. 但在拟南芥中, MinD基因由核基因组编码, 其蛋白定位于叶绿体并参与叶绿体分裂的调控, 说明在高等陆生植物中, MinD基因已经转移到核基因组. 然而, 对于在质体进化过程中MinD基因从叶绿体转移至核的机制还不清楚. 我们从单细胞绿藻(Chlamydomonas reinhardtii, 衣藻)中鉴定了一个核编码的MinD同源物CrMinD, 其在野生型大肠杆菌(E. coli)中的过表达会抑制细胞的分裂并导致丝状细胞的形成, 表明植物MinD蛋白在进化上的保守性. CrMinD-egfp在烟草和拟南芥中的瞬时表达确认了CrMinD蛋白在调节叶绿体分裂中的作用. 在已公布的所有陆生植物质体基因组序列中, 没有发现MinD的同源物, 说明MinD基因从质体转移至核这一事件在进化出陆生植物以前就已经发生了.     

植物受体激酶的结构与功能研究进展

作为多细胞营固着生长的生命体,植物需要对外界多变的环境及内部不同组织细胞之间协调发育的多样信号做出精确的反应.与多细胞动物主要通过数量巨大的GPCR等受体蛋白参与细胞与环境及细胞之间的交流不同,植物主要靠数目庞大的植物受体激酶来完成相应功能.通过30多年的深入研究,植物受体激酶的功能研究取得了极大的进展,研究发现,植物受体激酶参与植物多种多样的生理病理过程,包括生长发育、气孔发育、分生组织发育、抗病、花粉管吸引和自交不亲和等.这些受体激酶的结构生物学研究在近10年取得了一系列重要的成果,使我们对各种受体激酶的配体识别及活化机制有了系统的认识.2017年国家自然科学奖二等奖授予"油菜素内酯等受体激酶的结构与功能研究",也是对这些成果的肯定.本综述对参与不同过程的受体激酶结构进行总结描述,随后对受体激酶的识别及活化规律进行总结,最后对该领域尚未解决的问题及研究方向提出展望.     

离子通道抑制剂对大豆电位传递的影响

植物体内存在刺激电位传递的现象已经得到广泛证明,近来许多研究工作对电位在植物体内可能的生理作用进行了探讨,揭示了体内电信号传递的可能或潜在的生理意义.国内学者娄成后及其领导的实验室对高等植物体内电位的产生,传递途经以及与物质运输的关系做了较深人的研究.然而,关于高等植物体内长距离电信号传递的生物化学基础,目前还缺乏研究.事实上,植物动作电位机理的研究起始于30年代,那时仅限于对轮藻细胞的观察.50年代初,Hodgkin和Huxley提出了动物神经细胞兴奋性传导的离子机理,这一理论在     

豚鼠胰腺内钙调素的免疫组织化学定位研究

钙离子是重要的细胞内调节因子.它的作用几乎涉及到所有的细胞生理过程,如物质代谢、激素分泌、神经递质的合成与释放、肌肉收缩以及细胞的分裂增殖等.钙调素(calmodulin,CaM)是一种广泛分布于真核细胞中的小分子蛋白,它作为细胞内主要的钙受体,传递钙离子浓度变化的信息,影响许多关键酶的活性和生理过程的速率.有研究表明,CaM 在神经组织、睾丸和各种内分泌组织中含量丰富.我们曾用免疫组织化学法观察到 CaM 广泛分布于豚鼠胃和小肠粘膜的内分泌细胞中.已发现 CaM 与胰岛β细胞的功能有密切关系.然而