植物生长素通过ABP1促进细胞膜泡的外排运输

为了研究植物生长素结合蛋白ABP1(auxin binding protein 1)对膜泡运输的调控,将烟草生长素结合蛋白基因ABP1 cDNA分别构建成可诱导型表达的过表达和干扰表达载体,并将绿色荧光蛋白GFP与烟草分泌载体膜蛋白SCAMP2(secretory carrier membrane protein 2)融合进行细胞的膜泡标记,转化植物模式细胞BY-2后分别获得了转ABP1和antiABP1的两类膜泡标记转基因细胞系。以雌二醇诱导ABP1、antiABP1表达后,结合生长素处理,通过扫描激光共聚焦观察了细胞的膜泡运输变化。当诱导ABP1在细胞内过量表达后,以吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)处理细胞,在细胞核膜及周围内质网膜、细胞质膜以及其他细胞内膜系统都观察到强烈的荧光信号,说明细胞内膜泡运输更为活跃;当诱导antiABP1在细胞内干扰表达时,在细胞核附近维持有较强烈的荧光信号,而细胞质膜及两细胞间隔的荧光信号明显减弱,表明抑制ABP1表达显著抑制了细胞膜泡的外排运输。在ABP1经诱导过表达后,加入IAA处理细胞,在0~6 min时间段内间隔性观察了细胞膜泡对生长素的时间响应,在这段时间内细胞核周围及内膜系统的荧光信号明显增强,细胞质膜的荧光强度没有明显的变化,表明细胞核与内膜系统间存在活跃的膜泡运输,内膜系统向细胞质膜间的外排膜泡运输也逐渐加强。因此,可以证明ABP1参与生长素信号响应,增强细胞膜泡的外排运输。     

植物生长素极性运输调控机理的研究进展

生长素极性运输特异地调控植物器官发生、发育和向性反应等生理过程。本文综述和分析了生长素极性运输的调控机制。分子遗传和生理学研究证明极性运输这一过程是由生长素输入载体和输出载体活性控制的。小G蛋白ARF附属蛋白GEF和GAP分别调控输出载体(PIN1)和输入载体(AUX1)的定位和活性, 并影响高尔基体等介导的细胞囊泡运输系统, 小G蛋白ROP也参与输出载体PIN2活性的调节。本 文基于作者的研究工作提出小G蛋白在调控生长素极性运输中的可能作用模式。     

拟南芥SNARE因子在膜泡运输中的功能

高等植物细胞含有复杂的内膜系统, 通过其特有的膜泡运输机制来完成细胞内和细胞间的物质交流。膜泡运输主要包括运输囊泡的出芽、定向移动、拴留和膜融合4个过程。这4个过程受到许多因子的调控, 如Coat、SM、Tether、SNARE和Rab蛋白等, 其中SNARE因子在膜融合过程中发挥重要功能。SNARE因子是小分子跨膜蛋白, 分为定位于运输囊泡上的v-SNARE和定位于靶位膜上的t-SNARE, 两类SNARE结合形成SNARE复合体, 促进膜融合的发生。SNARE蛋白在调控植物体生长发育以及对外界环境响应等生理过程中起重要作用。该文对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)SNARE因子的最新细胞内定位和功能分析等研究进展进行了概述。     

拟南芥SNARE因子在膜泡运输中的功能

高等植物细胞含有复杂的内膜系统,通过其特有的膜泡运输机制来完成细胞内和细胞间的物质交流。膜泡运输主要包括运输囊泡的出芽、定向移动、拴留和膜融合4个过程。这4个过程受到许多因子的调控,如Coat、SM、Tether、SNARE和Rab蛋白等,其中SNARE因子在膜融合过程中发挥重要功能。SNARE因子是小分子跨膜蛋白,分为定位于运输囊泡上的v-SNARE和定位于靶位膜上的t-SNARE,两类SNARE结合形成SNARE复合体,促进膜融合的发生。SNARE蛋白在调控植物体生长发育以及对外界环境响应等生理过程中起重要作用。该文对模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）SNARE因子的最新细胞内定位和功能分析等研究进展进行了概述。     

植物Aux/IAA基因家族生物学功能研究进展

生长素是最重要的植物激素之一,对植物生长发育起着关键调控作用。生长素作用于植物后,早期生长素响应基因家族Aux/IAA、GH3和SAUR等被迅速诱导,基因表达上调。其中Aux/IAA基因家族编码的蛋白一般由4个保守结构域组成,结构域Ⅰ具有抑制生长素信号下游基因表达的作用,结构域Ⅱ在生长素信号转导中主要被TIR1调控进而影响Aux/IAA的稳定性,结构域Ⅲ/Ⅳ通过与生长素响应因子ARF相互作用调控生长素信号。Aux/IAA基因家族在双子叶植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的器官发育、根形成、茎伸长和叶扩张等方面发挥重要作用;在单子叶植物水稻(Oryza sativa)和小麦(Triticum aestivum)中,主要影响根系发育和株型,但大多数Aux/IAA基因的功能尚不清楚。该文主要从Aux/IAA蛋白的结构、功能和生长素信号转导途径方面综述Aux/IAA家族在拟南芥、禾谷类作物及其它植物中的研究进展,以期为全面揭示Aux/IAA家族基因的生物学功能提供线索。     

植物生长素极性运输调控机理的研究进展

生长素极性运输特异地调控植物器官发生、发育和向性反应等生理过程。本文综述和分析了生长素极性运输的调控机制。分子遗传和生理学研究证明极性运输这一过程是由生长素输入载体和输出载体活性控制的。小G蛋白ARF附属蛋白GEF和GAP分别调控输出载体（PINI）和输入载体（AUX1）的定位和活性。并影响高尔基体等介导的细胞囊泡运输系统,小G蛋白ROP也参与输出载体PIN2活性的调节。本文基于作者的研究工作提出小G蛋白在调控生长素极性运输中的可能作用模式。     

植物Qa-SNARE蛋白研究进展

高等植物细胞通过其特有的内膜系统和膜泡运输机制完成细胞内外的物质与信息交流。SNARE是膜泡运输过程中运输囊泡与靶膜之间融合的重要调节因子。根据氨基酸序列特性,SNARE分为Q-SNARE和R-SNARE两类。Q-SNARE又分为Qa-、Qb-和Qc-SNARE三类。其中,Qa-SNARE在SNARE复合体形成乃至整个膜融合过程中发挥着至关重要的作用。本文对Qa-SNARE在植物生长发育和响应环境变化的最新研究进展进行概述。     

植物细胞内膜运输对植物发育的调控机制

植物细胞内膜体系与别的真核生物体系相似,由一系列连续的内膜结构组成,包括核膜、内质网、高尔基体、反式高尔基体、液泡、转运囊泡和细胞膜。其中,反式高尔基体和液泡具有植物细胞特有的结构特征和对应功能。从几个方面综述植物细胞内膜运输对植物发育的调控作用,包括内膜运输与生长素极性运输和稳态平衡之间的关系,内膜运输对根毛极性生长的作用机理,以及液泡运输在花粉管极性生长和种子萌发过程中的重要作用。旨在对致力于植物细胞内膜运输与发育调控的研究人员提供参考。     

铝胁迫对拟南芥根尖AtPIN2蛋白表达活性的影响

铝胁迫能影响根尖生长素的运输,这与生长素运输载体密切相关,PIN2作为根尖生长素的运输蛋白,其独特的组织定位可能诱导PIN2蛋白参与了铝调节生长素的运输过程。该研究以拟南芥PIN2缺失突变体(pin2)、PIN2□∷□GFP融合体及其野生型(WT)为材料,应用激光扫描共聚焦显微技术,研究铝处理对拟南芥根尖生长素运输蛋白PIN2的表达活性、蛋白在组织及亚细胞水平分布及其对铝内置化作用的影响。结果表明:短期铝处理或低铝浓度能明显增加拟南芥根尖细胞PIN2蛋白表达活性,而长期铝处理或高铝浓度抑制其表达活性;以100μmol·L-1Al Cl3处理4 h的蛋白表达活性最高。蛋白印迹反应发现,铝处理促进PIN2蛋白在细胞膜上累积,减少胞内囊泡中PIN2蛋白的含量;囊泡运输抑制剂(BFA)能抑制铝诱导PIN2蛋白的分配。铝胁迫增加拟南芥根尖细胞H2O2累积,pin2的H2O2累积量大于WT,而相对根长小于WT。Morin染色结果显示,pin2的铝内置化显著小于WT。上述研究表明,PIN2蛋白在100μmol·L-1Al Cl3处理条件下活性最高,细胞膜累积程度加强,铝内置化能力增强,从而调节根系的生长发育。该研究结果进一步为铝抑制生长素的运输机制提供了理论基础。     

生长素及其运输蛋白对植物铝胁迫的响应

铝对植物的毒害作用主要表现为抑制根尖生长,而根尖生长与生长素及其运输密切相关,铝可能影响了生长素及其代谢过程,但目前尚不清楚生长素及其运输蛋白如何参与植物应对铝胁迫响应。本文通过分析、总结前人研究,并结合自己的前期研究结果,初步阐述生长素或其运输蛋白对植物铝胁迫的响应,即铝影响生长素代谢的相关基因,干扰根尖生长素运输蛋白在细胞内分布及其囊泡运输,调控生长素的极性运榆,进而抑制根尖生长。另一方面,生长素或其运输蛋白又参与了植物应对铝胁迫过程,这主要体现在参与了植物铝毒信号传递、根系铝内置化过程和减缓铝诱导的氧化胁迫。最后,本文提出了生长素及其运输蛋白对植物铝胁迫响应的可能模型。     

铝胁迫对拟南芥根尖ＡｔＰＩＮ２ 蛋白表达活性的影响

铝胁迫能影响根尖生长素的运输,这与生长素运输载体密切相关,PIN2作为根尖生长素的运输蛋白,其独特的组织定位可能诱导PIN2蛋白参与了铝调节生长素的运输过程。该研究以拟南芥PIN2缺失突变体( pin2)、PIN2□∷□GFP融合体及其野生型( WT)为材料,应用激光扫描共聚焦显微技术,研究铝处理对拟南芥根尖生长素运输蛋白PIN2的表达活性、蛋白在组织及亚细胞水平分布及其对铝内置化作用的影响。结果表明：短期铝处理或低铝浓度能明显增加拟南芥根尖细胞PIN2蛋白表达活性,而长期铝处理或高铝浓度抑制其表达活性;以100μmol?L-1 AlCl3处理4 h的蛋白表达活性最高。蛋白印迹反应发现,铝处理促进PIN2蛋白在细胞膜上累积,减少胞内囊泡中PIN2蛋白的含量;囊泡运输抑制剂( BFA)能抑制铝诱导PIN2蛋白的分配。铝胁迫增加拟南芥根尖细胞H2 O2累积,pin2的H2 O2累积量大于WT,而相对根长小于WT。 Morin染色结果显示,pin2的铝内置化显著小于WT。上述研究表明,PIN2蛋白在100μmol?L-1 AlCl3处理条件下活性最高,细胞膜累积程度加强,铝内置化能力增强,从而调节根系的生长发育。该研究结果进一步为铝抑制生长素的运输机制提供了理论基础。     

拟南芥突变体在生长素信号传导中的研究进展

近年来,在植物激素的信号传导研究上已取得突破性进展.生长素的信号传导通路研究除了在生长素结合蛋白(ABP)上有所进展外,在生长素应答基因(Aux IAA),生长素调节因子(ARF)以及感应突变体的研究上也取得较大进展.对生长素运输通路及PIN1蛋白的功能和其抑制剂的研究也使对生长素信号传导的认识更清楚.生长素应答基因(Aux IAA)是生长素处理后快速诱导的基因.Aux IAA蛋白具有组织特异性(例如SAU蛋白)可以用来研究外源激素对植物生长发育的影响.生长素调节因子(ARF)与生长素应答基因的启动子序列具有特异性结合,Aux IAA蛋白与生长素调节因子(ARF)相互作用,并引发一系列蛋白质降解.使用转基因的拟南芥突变体,能有效地研究生长素在植物体内的特异性分布.借助运输载体抑制剂,可以对生长素的极性运输有更深入的了解.已经证明PIN蛋白参与生长素运输并与肌动蛋白有关.而且生长素参与了赤霉素介导的植物伸长反应.     

ARF和Aux/IAA调控果实发育成熟机制研究进展

生长素是调控果实发育成熟的重要植物激素之一。在生长素介导的信号转导机制中,ARF和Aux/IAA扮演重要的角色。ARF与生长素响应基因启动子区域内的生长素响应元件结合,促进或抑制基因的表达。Aux/IAA通过结构域Ⅲ和Ⅳ与ARF特异性结合,从而调节生长素早期应答基因的转录功能。研究表明,ARF因子参与调控果实形态发育、硬度和糖分积累等,Aux/IAA因子在授粉、果实形态发育等方面作用明显。此外ARF和Aux/IAA之间相互或与自身发生的互作以调控下游基因表达是植物体响应生长素信号的主要机制。介绍了ARF和Aux/IAA的结构特征、在不同植物中的分布状况以及与果实发育成熟的关系,同时讨论了ARF和Aux/IAA互作的研究现状,旨为进一步阐明生长素调控果实发育成熟的机制提供参考。     

生长素结合蛋白研究进展

生长素(auxin)是植物体内普遍存在的一类植物激素,它对植物的生长发育起着多方面的调节作用,如促进细胞伸长,诱导细胞分化,促进生根和单性果实(parthenocarpic fruit)的发育等,同时生长素还抑制芽的发生及果实的衰老。生长素作用机理的研究表明,生长素可以诱导一些特殊基因的快速表达,促进RNA和蛋白质的合成。因此,生长素可能是通过调节基因的表达来发挥作用。“酸生长理论”(acid growth theory)则认为,在细胞膜上存在着生长素的受体,生长素与之结合后激活了细胞质膜上的质子泵,破除了细胞壁纤维结构间的交织点,细胞壁的可塑性增加,从而使细胞伸长。尽管对“酸生长理论”一直存在争议,但植物体内存在生长素受体的证据在不断积累。70年代末,关于生长素受体的研究工作虽已全     

ABI4调控侧根发育研究(综述)

生长素是调控植物侧根发育的关键植物激素,生长素运输载体PIN蛋白介导其极性分布。ABI4抑制生长素极性运输蛋白基因PIN1的表达,影响生长素的极性运输,抑制侧根形成。本文概述ABI4转录因子调控侧根发育的研究进展。     

植物磷脂酶D基因表达与衰老的关系

磷脂酶D (PLD)是一种重要的磷脂水解酶,在植物细胞中普遍存在。磷脂酶D能激活许多重要的细胞生理功能,包括调控细胞膜的重建、跨膜信号传导及细胞内调控、细胞骨架组装、防御反应以及种子萌发和植物的衰老等。对磷脂酶D的基本特性、磷脂酶D基因特异性表达模式及其活性抑制与植物衰老的关系进行了综述,并探讨和展望了今后植物磷脂酶D基因的研究方向。     

植物非经典生长素信号转导通路解析

植物激素生长素参与调控植物生长发育的各个过程,包括胚胎发育、器官发生和向性运动等。植物通过协调生长素的合成代谢、极性运输以及信号转导来实现对不同生长发育过程的精准调控。生长素的功能依赖于其信号被感知后经由信号转导通路转换为下游复杂多样的反应。经典的生长素信号转导通路阐明了细胞核内从SCF~(TIR1/AFB)受体到Aux/IAA蛋白的泛素化降解最终通过ARF转录因子调控基因转录的完整生长素响应过程。该核内信号通路揭示了生长素转录调控生长发育的诸多分子机制,但植物生长发育调控过程中仍有许多生长素响应过程无法通过该经典信号通路解析。重点阐述生长素非经典信号通路的调控机制及其对植物生长发育的重要作用,并讨论和展望生长素非经典信号通路研究目前所面临的挑战以及研究前景。     

甘蔗生长素结合蛋白ScABP4基因的克隆与表达

生长素结合蛋白(auxin binding protein,ABP)在生长素信号转导、植物生长发育调控等方面发挥重要作用。该研究利用RT-PCR方法从甘蔗品种Badila中克隆得到了1个ABP基因,序列分析显示该基因的开放读码框(ORF)长度为615bp,编码204个氨基酸。多序列比对和系统进化树分析表明它与高粱(Sorghum bicolor)和玉米(Zea mays)的ABP4蛋白的亲缘关系最近,因此将该基因命名为ScABP4。将其构建到原核表达载体pGEX-6P-1中,成功表达出一个分子量约为22.5kD的蛋白。亚细胞定位结果显示ScABP4主要定位于细胞质网状结构和细胞膜;生物信息学分析显示ScABP4是一个带有信号肽的分泌蛋白,说明ScABP4蛋白可能储存在内质网中并在质膜上执行其生物学功能。荧光定量PCR分析结果表明,ScABP4基因在甘蔗的芽、根、茎、叶中均有表达,其中在芽中相对表达量最高。生长素和黑暗处理下ScABP4基因的表达上调,说明ScABP4基因可能参与甘蔗对生长素的响应及与光信号通路的互作。此外,ABA、JA、SA、CuCl2胁迫能够诱导ScABP4基因的表达,CdCl_2胁迫可抑制ScABP4的表达。由此推测,ScABP4基因可能参与甘蔗对病害、干旱、渗透、重金属等胁迫的应答过程。该研究结果为探讨甘蔗生长素结合蛋白基因的功能提供了实验证据。     

生长素响应因子与植物的生长发育

生长素响应因子(Auxin response factor, ARF)作为一类调控生长素响应基因表达的转录因子, 是生长素研究的重要内容。它可与生长素响应基因启动子区域内的生长素响应元件结合, 促进或抑制基因的表达。文章介绍了植物体内ARF家族的分子生物学近年来的研究进展, 同时也讨论了ARF转录因子的结构、ARF基因的表达调控、ARF在植物生长发育及信号转导中的作用以及ARF对靶基因的调控机制等内容。植物ARF成员都有一定的同源性, 大多含有4个结构域, 在多种组织和器官中都有表达, 其表达受到转录及转录后调控, 并且在介导生长素与其它激素之间相互作用方面扮演重要角色。     

钙依赖蛋白激酶CPK14在花粉管生长中的功能分析

旨在揭示钙依赖蛋白激酶CPK14在花粉管极性生长中的生物学功能。利用基因芯片数据绘制花粉高量表达CPK的表达图谱。去除CPK14位于C端的自抑制区及Ca~(2+)结合区,保留完整的激酶区及N端可变区,构建组成激活型(CA)的CPK14(CA-CPK14)。利用基因枪技术在烟草花粉中进行瞬时表达,比较分析全长CPK14、CA-CPK14及GFP对照之间的花粉管表型差异。通过CA-CPK14与GFP-RIC4ΔC(活性ROP1的标记物)共同表达试验,分析CA-CPK14对ROP1活性的影响。结果显示,CPK家族中存在8个花粉高量表达成员(其中包括CPK14),它们在花粉中高量表达而在其他组织中表达较少。CPK14过量表达可以造成花粉管顶端的膨大,而持续激活且不受Ca~(2+)调控的CA-CPK14则抑制花粉管萌发及生长。ROP1是花粉管生长的调控关键因子,CA-CPK14的表达可以抑制活性ROP1的标记物(GFP-RIC4ΔC)在花粉管顶端的积累与分布,说明CPK14在ROP1所介导的花粉管生长调控机制中发挥一定的作用。