保卫细胞中ABA信号调控机制研究进展

脱落酸(ABA)具有调节植物快速响应逆境的重要功能。植物细胞中ABA核心信号通路由ABA受体PYR1/PYLs/ RCARs、A类碱性蛋白磷酸酶PP2Cs和Snf1相关蛋白激酶SnRK2s组成。活性氧(ROS)和Ca²⁺是保卫细胞中的重要第二信使, 调控ABA诱导的气孔关闭。该文对保卫细胞中核心ABA信号蛋白的调控以及ROS和Ca²⁺介导的ABA信号转导等最新研究成果进行综述, 旨在阐明保卫细胞中ABA信号调控机制。     

保卫细胞的ABA信号转导

植物激素脱落酸(ABA)调节植物体多种生理过程,尤其在一些逆境条件下,植物体中ABA大量合成,诱导气孔关闭,从而有效地调控植物体内的水分平衡.尽管人们对ABA诱导气孔关闭作用已得到共识,但有关信号转导的细节还很不清楚.该文简要介绍了研究气孔保卫细胞信号转导途径的相关技术以及与ABA信号转导直接相关的ABA受体、第二信使、蛋白质磷酸化和离子通道调节等方面的最新妍究进展.并在前人研究工作的基础上,勾画出气孔保卫细胞ABA、H2O2的信号转导模式图.     

保卫细胞的ABA信号转导

植物激素脱落酸（ABA）调节植物体多种生理过程,尤其在一些逆境条件下,植物体中ABA大量合成,诱导气孔关闭,从而有效地调控植物体内的水分平衡,尽管人们对ABA诱导气孔关闭作用已得到共识,但有关信号转导的细节还很不清楚,该文简要介绍了研究气孔保卫细胞信号转导途径的相关技术以及与ABA信号转导直接相关的ABA受体,第二信使,蛋白质磷酸化和离子通道调节等方面的最新研究进展,并在前人研究工作的基础上,勾画出气孔保卫细胞ABA,H2O2的信号转导模式图。     

气孔运动中的活性氧信号

大量研究证明活性氧(ROS)在气孔运动中起信号分子的作用。保卫细胞中ROS的产生依赖于特定的酶, 其中NADPH氧化酶组分RBOH已得到深入研究, 并已证实其参与生物与非生物胁迫反应。植物激素包括脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、乙烯、生长素及细胞分裂素等, 它们均通过ROS的介导来调控气孔运动。生物胁迫(如毒性细菌和真菌)也会调控气孔运动。ROS参与这些调控过程。保卫细胞中存在多层次对ROS产生及其作用的调节, 抗氧化活性物质和ROS敏感蛋白(如蛋白激酶和磷酸酶)均可传递ROS信号并调节气孔运动。ROS对离子通道调节的证据也越来越多。保卫细胞由于可通过ROS整合复杂的信号途径, 已成为研究植物ROS信号转导过程的良好模式系统。     

气孔运动中的活性氧信号

大量研究证明活性氧(ROS)在气孔运动中起信号分子的作用。保卫细胞中ROS的产生依赖于特定的酶,其中NADPH氧化酶组分RBOH已得到深入研究,并已证实其参与生物与非生物胁迫反应。植物激素包括脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、乙烯、生长素及细胞分裂素等,它们均通过ROS的介导来调控气孔运动。生物胁迫(如毒性细菌和真菌)也会调控气孔运动。ROS参与这些调控过程。保卫细胞中存在多层次对ROS产生及其作用的调节,抗氧化活性物质和ROS敏感蛋白(如蛋白激酶和磷酸酶)均可传递ROS信号并调节气孔运动。ROS对离子通道调节的证据也越来越多。保卫细胞由于可通过ROS整合复杂的信号途径,已成为研究植物ROS信号转导过程的良好模式系统。     

高等植物中蛋白磷酸酶2C的结构与功能

蛋白质磷酸化／去磷酸化是生物信号级联传递的重要方式之一,主要通过生化性质互为对立的蛋白激酶和蛋白磷酸酶实现。蛋白磷酸酶2C(PP2C)是蛋白磷酸酶的一个分支,其生化性质、蛋白质组成与结构都和其他磷酸酶显著不同,但都在生物信号传递中扮演重要角色。高等植物中PP2C广泛参与脱落酸(ABA)的各种信号途径,包括ABA诱导的种子萌发／休眠、保卫细胞及离子通道调控和气孔关闭、逆境胁迫等。PP2C也多样地参与植物创伤反应、生长发育以及抗病性等各个途径。作为大多数信号途径的负调控因子,PP2C能直接与激酶结合,与其他调控蛋白结合,以及直接与DNA结合调控相关基因的表达。     

拟南芥保卫细胞中茉莉酸甲酯诱导的H2O2产生与MAPK信号转导体系的可能关系

蛋白激酶MEK1/2的专一抑制剂PD98059可抑制茉莉酸甲酯(MeJA)诱导的拟南芥保卫细胞中H2O2的产生和气孔的关闭.MeJA和H2O2诱导气孔关闭后,再用PD98059处理,可使关闭的气孔重新开放,同样,外源PD98059处理,能使MeJA诱导增强的H2O2探针的荧光强度降低.此结果表明,类属于MAPKK的蛋白激酶MEK1/2参与了MeJA诱导的拟南芥气孔关闭的信号转导过程,其作用机制可能是通过调节MeJA诱导保卫细胞产生和积累H2O2而起作用.     

共聚焦显微技术研究ABA诱导蚕豆气孔保卫细胞H_2O_2的产生(简报)

逆境下,植物细胞内ABA含量急剧增加,同时植物也可通过一些酶代谢反应积累活性氧,如H_2O_2,O_2~-。ABA作为逆境信号对气孔运动的显著调节作用已被诸多实验所证实,但关于其对气孔运动调节的细节还知之甚少。H_2O_2作为氧化信号分子在植物抗病信号转导中已得到广泛研究,但H_2O_2是否介导保卫细胞的气孔运动还缺乏直接的证据。我们已初步发现H_2O_2可参与外源ABA诱     

干旱胁迫与ABA 的信号转导

植物经历干旱胁迫时,ABA被普遍认为是一种干旱信号而传递干旱信息。在干旱信号ABA的转导过程中,从ABA的被感知到保卫细胞发生变化引起气孔关闭以及ABA诱导的基因表达都经历了复杂的变化。本文对ABA的信号转导过程进行了综述。     

蚕豆气孔运动中脱落酸对周质微管排列的影响

气孔由一对保卫细胞组成,且其壁具有不均一加厚的特性(图1),并能敏感地感受内、外环境信号而调节K~ 等渗透调节物质进出保卫细胞引起膨压变化,从而控制气孔的大小、调节植物体与外界环境所进行的水分和气体交换。进一步研究发现,以K~ 为主的渗透调节物质引起的膨压变化受到许多因子的调控,如ABA可以中介Ca~(2 )作用抑制K~ 内向通道或直接作用于K~ 外向通道使K~ 外流,但ABA影响K~ 通道的信号转导途径仍是一个有待进一步探索的课题。大量研究表明,细胞运动与细胞骨架有关。如丝瓜卷须的卷曲运动、胞质环流、花粉管萌发与伸长、含羞草的感震性运动,以及细胞器的运动等都与细胞骨架有关。我们用植物微管特异性解聚剂——甲基胺草磷(APM)以及微丝专一性抑制剂——细胞松驰素B(CB)预处理蚕豆开放或关闭气孔后可明显地抑制Ca~(2 )、ABA、光、K~ 等引起的气孔运动,表明微管、微丝可能参与调节气孔的运动过程。Couot-Gastelier和Louguet经电镜观察证