植物生理专题 2015 激素信号转导 (2)课件

1、第三节、细胞分裂素一、发现：植物细胞是由原生或次生分生组织细胞分裂而来的，经扩大和分化发育成具有不同功能的细胞。一旦具有某种功能-运输、光合、支撑、储存或保护，通常不再进行分裂。但在一些情况下，已经分化的植物细胞可恢复分裂功能，例如：皮层或韧皮部的成熟细胞恢复分裂形成维管形成层或栓皮形成层等次生分生组织;叶柄基部离层的出现: 成熟的薄壁细胞重新开始分裂，形成一层具有较弱细胞壁的细胞;形成肿瘤或冠瘿的病害(如农杆菌侵染)和丛枝的出现。如果没有Agrobacterium 侵染, 受伤引发的细胞分裂将在几天后逐渐消退，一些新细胞将分化成栓皮细胞或维管组织的保护层。Agrobacterium chan

2、ges the character of the cells that divide in response to the wound, making them tumorlike. They dont stop dividing; rather they continue to divide throughout the life of the plant to produce an unorganized mass of tumorlike tissue.Corynebacterium fascians (棒状杆菌) may stimulate balsam fir （冷杉）cells t

3、o divide思考: Why do mature plant cells stop dividing?因为它们长时间没有接收到一种特别的信号，而这种信号对于细胞分裂的启动是必需的，因此：细胞分裂可能通过一种可以扩散的因子被启动。二、细胞分裂素的合成和运输1.合成部位：根尖顶端分生组织是合成的主要部位; 根系合成的细胞分裂素可以经木质部随水分和矿质一起运往地上部分；茎顶端分生组织、发育中的果实和种子也是合成部位;一些植物病原菌、昆虫和线虫可以分泌游离的细胞分裂素;2. 存在形式：在植物体内以游离的形式存在；或者与果糖、氨基酸等结合以结合态存在。三、细胞分裂素的信号转导过程细胞分裂素对于植物生长

4、发育的作用是多效的，它们的作用机制在不同的组织中可能是不一样的。细胞分裂素在靶细胞中首先与受体蛋白结合引起一个原初反应，然后根据靶细胞的生理状况，引起一系列的次级反应，把原初反应的信号放大，最后导致一系列的生理生化变化。1. 细胞分裂素(Cytokinin, CK)的受体对其受体的了解来自CKI基因的发现。培养植物时，需要加入CK才能使细胞分裂、分化成苗。经过筛选，发现一些在没有CK时也可以正常生长分裂的突变体，其中一种命名为细胞分裂素独立基因(cytokinin independent 1，CKI1).CKI基因编码的蛋白与细菌二元组分的组氨酸蛋白激酶(HPK)序列相似。后来发现了细胞分裂素

5、受体1（cytokinin receptor 1，CRE1）基因，它与CKI 1一样，编码HPK类似蛋白，它们都是细胞分裂素的受体。拟南芥反应调节因子（Arabidopsis response regulator, ARR）细胞分裂素通过激活B型ARR基因而增强A型ARR基因的表达。A型ARR仅有包含天冬氨酸的接受域，而B型ARR是A型ARR的羧基端又结合了一个输出域（转录因子）。2. 拟南芥中细胞分裂素信号传递途径 与CK结合后，激活受体CRE1的激酶活性，HPK将磷酸基团从H传递给区域D的天冬氨酸残基，再通过His磷酸基团转移蛋白(AHP)传递到细胞核里。核中存在类似二元组分系统的反应调节

6、蛋白(ARR)，接收磷酸基团输出的信号。拟南芥中ARR分为A型-ARR和B型-ARR。AHK-杂合感应激酶捕获区活化的AHP进入细胞核后，将磷酸基团传给B型-ARR基因，后者诱导A型-ARR基因表达；同时，AHP直接使A型-ARR磷酸化而进一步传递刺激。两种ARR与各种效应物相互作用，导致细胞功能的改变。二、ABA在植物中的分布与运输1.分布：存在于全部维管植物(被、裸子植物、蕨类)中。各个器官都有；将要脱落或进入休眠的器官和组织中较多。根、茎、叶、果实、种子都可以合成, 根冠和老叶是主要场所。在逆境条件下含量会迅速增多。2.运输：ABA在木质部和韧皮部中被运输。根系中合成的ABA也可以经木质

7、部运往地上部分。3. ABA水平的调节 - 植物组织中 ABA 浓度是高度变异的发育种子中可能在几天内增加上百倍，成熟时降低到微量水平；在水分胁迫下，叶子ABA水平可以在4-8小时内增加50倍。ABA的水平可以通过降解、区域化、螯合和运输调节。通过氧化或螯合转变成没有生理活性的ABA；通常，叶肉细胞中90%以上ABA被蛋白质等大分子吸附，存在于叶绿体被膜内，呈束缚态。极少数以游离态在细胞质中。干旱等逆境下，大量的束缚态ABA被释放到叶绿体外成为游离态。胁迫解除后，一部分游离态ABA变成束缚态，一部分则降解或与葡萄糖等结合为结合态。2）ABA调控细胞气孔运动的信号转导途径 与受体结合后诱导产生活

8、性氧(H2O2和O2-)，激活质膜的Ca2+通道，胞外Ca2+流入胞内；ABA也可使胞内环化ADP核糖(cADPR)和IP3水平升高，激活液泡膜上Ca2+通道释放Ca2+。Ca2+流入可启动胞内钙震荡并促进液泡中Ca2+的释放；ABA调控细胞气孔运动的信号转导途径 Ca2+的升高（1）阻断K+流入，促进质膜Cl-流出而使质膜产生去极化,（2）抑制质膜质子泵，细胞内pH升高，发生去极化作用，进而导致K+外流；K+和Cl-从液泡释放到胞质, 又通过质膜上K+和阴离子通道向胞外释放，导致气孔关闭。保卫细胞可同时响应多种信号而发生气孔关闭，说明有多种受体和重叠交叉的信号转导途径。在信号转导途径中，蛋白

9、磷酸化和去磷酸化作用起着重要的作用。ABA对基因表达的调控目前已知150余种植物基因可受外源ABA的诱导, 其中大部分在种子发育晚期和/或受环境胁迫的营养组织中表达。例如，在种子发育的中期到晚期，随着内源ABA水平的上升，某些mRNAs大量积累。其翻译产物包括植物凝聚素、 酶抑制剂、脂质体蛋白质、贮藏蛋白等。ABA可能在转录、转录后、翻译等水平上调节着特异基因的表达。第五节、乙烯 the gaseous hormone一、发现: 中国熏烟和烧香对果实催熟；德国19世纪照明气从管中泄露造成边道树落叶；俄国1901年发现照明气中含有乙烯，并且证明乙烯引起豌豆幼苗的三重反应：抑制茎伸长，促进茎加粗和

10、水平生长。二、乙烯的分布与运输所有器官都可以产生乙烯，但不同组织、器官和发育时期的释放量不同；形成层和茎节区域是合成最旺盛部位；在叶片脱落、花器官衰老或果实成熟时，大幅增加。环境胁迫和生长素可以促进乙烯的生物合成;乙烯是气态激素，在植物体内运输性较差。ACC是主要形式。根据对乙烯的三重反应，发现拟南芥两类突变体：一类是乙烯不敏感型突变体，对外源乙烯及其前体ACC没有反应；包括：etr1 (ethylene resistant1)、etr2、ein2(ethylene insensitive2)、ein3、ein4、ein5、ein6、hls1(hookless1)、eir1(ethylene

11、insensitive root1)。其中乙烯不敏感型突变体etr1是一种显性突变，它编码的蛋白质ETR1是乙烯受体之一。另一类是组成型三重反应突变体（包括乙烯过量产生突变体），在没有外源乙烯时也有三重反应。如：eto1 (ethylene overexproduction1)、eto2、eto3。1. 乙烯的受体ETR1发现的第一个组氨酸激酶ETR1位于内质网，另外有4个与ETR1类似的蛋白质，也具有乙烯受体功能。其共同特征：N端跨膜3次，并具有乙烯结合位点；具有与细菌和真菌二元组分相似的组氨酸激酶催化区域。GAF结构域是保守的cGMP结合结构域，作为小分子结合调节结构域其作用；H和D是参与

12、磷酸化的组氨酸和天冬氨酸残基。组氨酸结构域退化意味着失去了组氨酸激酶催化活性所必需的氨基酸2. 乙烯的信号转导过程乙烯在辅助因子铜的作用下可与定位在内质网膜上的乙烯受体家族成员包括ETR1、ETR2、ERS1、ERS2和EIN4结合。缺乏乙烯时，活化的受体激活下游类似于Raf的丝/苏蛋白激酶CTR1(组成型三重反应)，导致乙烯响应途径被阻碣。乙烯与ETR1二聚体结合，使CTR1变为不活化，进而使跨膜蛋白活化。CTR1的存在暗示了MAPK级联参与乙烯信号转导过程, 且可能是作为乙烯信号途径的负调控因子。EIN2、EIN3/EILs、EIN5 和EIN6 位于CTR1下游, 是乙烯信号途径的正调控

13、因子。按照受体突变体所做的乙烯受体作用模型的信号转导野生型植株中乙烯与受体结合后使受体失活，出现乙烯反应。无乙烯时，受体作为反应的负调控因子发挥作用错义突变干扰乙烯与受体结合，但调控位点处于活化状态，突变体出现显性负控制表型。突变破坏调节位点，出现组成型的乙烯反应。拟南芥乙烯信号转导模式EIN2-类似于通道跨膜蛋白RAN1responsiveto-antagonist生长素诱导下，Aux/IAA蛋白被泛素连接酶泛素化The auxin receptor is F-box proteins, part of an SCF ubiquitin ligase complexUbiquitin is ligated to the targetTIR1AuxinF-box蛋白是一类含有F-box结构域、在泛素介导的蛋白质水解过程中具有底物识别特性的蛋白质家族，在细胞循环、信号传导、基因转录、雄性不育和细胞程序化死亡等生理过程中发挥重要作用。泛素化的蛋白被蛋白酶体降解26S proteasome泛素化蛋白质降解途径的研究，2004年获诺贝尔化学奖。GA第二信使系统途径存在的证明a. cGMP是激活信号转导的中间体。用赤霉素处理糊粉层细胞约1h后，cGMP水平显著升高。b. Ca2-钙调蛋白和蛋白激酶也可能是激活信号转导的中间体。GA处理在1-4h内提高糊粉层细胞Ca