保卫细胞中的微丝骨架

微丝骨架存在于多种植物的保卫细胞中,周质微丝骨架的排列和结构是动态的。越来越多的证据表明保卫细胞中的微丝骨架可作为信号调节物,对气孔的启闭运动起着重要的调控作用。本文综述了保卫细胞微丝骨架的标记方法、结构,以及其在气孔运动中的功能和作用机制的最新研究进展。     

NADPH氧化酶可能参与了ABA诱导蚕豆气孔保卫细胞运动

研究了NADPH氧化酶在ABA（abscisic acid)诱导蚕豆气孔关闭信号转导网络中的作用,荧光光谱实验表明,在嗜中性白血球NADPH氧化酶抑制剂DPI(diphenyleneio-donium)存在的条件下,与对照相比,大大逆转了由ABA引起HPTS（8-hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid,trisodium salt)的荧光强度下降。表皮生物分析法显示,10^-6mol/L的DPI和10^3unit/mL的过氧化氢酶（catalase,CAT)在一定程度上也逆转了ABA诱导张开气孔的关闭。因此推测：在ABA诱导蚕豆气孔保卫细胞过程中,质膜上的NADPH气体酶可能催化形成超氧自由基O^-2,再经歧化反应形成H2O2,而形成的H2O2参与了气孔运动调节。     

保卫细胞中的微丝骨架

微丝骨架存在于多种植物的保卫细胞中,周质微丝骨架的排列和结构是动态的。越来越多的证据表明保卫细胞中的微丝骨架可作为信号调节物,对气孔的启闭运动起着重要的调控作用。本文综述了保卫细胞微丝骨架的标记方法、结构,以及其在气孔运动中的功能和作用机制的最新研究进展。     

蚕豆水孔蛋白可能参与微丝骨架对气孔运动的调节

水孔蛋白的抑制剂HgCl2可明显抑制壳梭孢菌素（FC）和微丝骨架的解聚剂细胞松弛素D（CD）对蚕豆保卫细胞原生质体膨胀的诱导作用,而对微丝骨架的稳定剂鬼笔环肽（phalloidin）的抑制作用影响不明显。这表明水孔蛋白可能介导了FC和微丝骨架对气孔运动的调节。     

拟南芥微丝加帽蛋白β亚基参与壳梭孢素诱导的气孔开放过程

气孔是植物响应外源信号,与环境进行水分和气体交换的门户。由外源信号引起的保卫细胞微丝骨架动态变化在气孔运动中发挥重要作用,但是具体的精确调节机制仍不清楚。微丝结合蛋白家族(ABPs) 是微丝动态组装最直接的调控者,它们的作用不容忽视。本文运用反向遗传学,以微丝结合蛋白—加帽蛋白 (CP) β-亚基 (CPB) 突变体cpb-3为实验材料,探究其在壳梭孢素 (FC)诱导气孔开放中的作用。结果发现:离体叶片干燥3 h,cpb-3突变体的叶片失水率为63.45%,明显高于野生型的48.99%。气孔开度测量及激光共聚焦显微镜观察发现,cpb-3突变体的气孔开放程度以及微丝动态重排对FC分子更敏感。气孔开度相比野生型增大了20% (P<0.05),含辐射状微丝排布的保卫细胞数量比例增幅达到58.3%,比对照组高出18.5%。此外,非损伤微测技术记录保卫细胞Ca²⁺、K⁺等跨膜运输动态,FC处理下,cpb-3突变体保卫细胞中Ca²⁺外流速度升至212.86 pmol cm^-2s^-1,野生型仅为68.76 pmol cm^-2s^-1,明显快于野生型。且K⁺内流也有相同表现。综上表明,微丝加帽蛋白CP的β亚基CPB可能通过调节保卫细胞微丝骨架动态重排以及离子流动,在FC诱导的气孔运动中发挥重要的作用。     

砷诱导蚕豆气孔保卫细胞死亡的毒性效应

采用蚕豆(Vicia faba L.)叶面气孔保卫细胞,研究砷对细胞的毒性效应。结果表明,0.3—10 mg/L的NaAsO_2能降低保卫细胞活性,使部分细胞死亡,死亡率随砷浓度升高而增高。死细胞中呈现核固缩、核崩解等典型程序性死亡特征,且泛caspase抑制剂Z-Asp-CH_2-DCB能阻止NaAsO_2诱发的细胞死亡。过氧化氢清除剂过氧化氢酶与NaAsO_2共同作用时,细胞死亡率显著低于砷单独处理组,保卫细胞内Ca~(2+)水平降低,具程序性死亡特征的细胞数减少;Ca~(2+)特异性螯合剂EGTA亦能降低NaAsO_2诱发的细胞死亡。研究结果表明,NaAsO_2能诱发蚕豆保卫细胞程序性死亡,该过程由胁迫引发的ROS升高引起,ROS可能通过激活质膜Ca~(2+)通道,使胞外Ca~(2+)内流,造成胞内Ca~(2+)浓度升高,进而诱导细胞程序性死亡。     

NaHCO3胁迫下星星草根中Ca2+与Ca2+-ATPase 的超微细胞化学定位

利用焦锑酸盐和磷酸铅沉淀技术分别对NaHCO₃胁迫条件下星星草(Puccinellia tenuiflora)根中Ca²⁺和Ca²⁺-ATPase 进行超微细胞化学定位研究, 旨在进一步探讨Ca²⁺在NaHCO₃胁迫诱导胞内信号转导过程中的作用, 以及Ca²⁺-ATPase活性定位变化与NaHCO₃胁迫下星星草抗盐碱能力的关系。结果表明: 在正常状态下, 根毛区细胞质内Ca²⁺较少, 主要位于质膜附近和液泡中, Ca²⁺-ATPase主要定位于质膜和液泡膜, 有一定活性。在0.448%NaHCO₃胁迫下, 根毛区细胞质中Ca²⁺增多, 液泡中Ca²⁺减少, 且主要集中于液泡膜附近, 质膜和液泡膜Ca²⁺-ATPase活性明显升高。在1.054%NaHCO₃胁迫下,细胞质中分布的Ca²⁺增多, 而液泡中Ca²⁺极少, Ca²⁺-ATPase活性也降低。以上结果表明, Ca²⁺亚细胞定位和Ca²⁺-ATPase活性变化在星星草响应NaHCO₃胁迫的信号传递过程中具有重要作用。     

甘草次酸与AT1受体结合的研究

运用受体放射配基结合法, 激光共聚焦显微镜技术, Northern blot, ³H-TdR掺入DNA等技术, 研究甘草次酸(glycyrrhetic acid, GA)与AT₁受体的结合以及此作用的可能机制. 研究表明, GA对血管平滑肌细胞(VSMC) AT₁受体有较好的结合作用(IC₅₀为35.0 μmol/L), 它能引起细胞内[Ca²⁺]_i增加, 激活转录因子c-myc, 从而产生对VSMC的增殖作用, 因此, GA具有AT₁受体激动剂样作用, 这一结果为中药甘草的药理作用提供一种新机制.     

蚕豆叶片中水分胁迫诱导ABA积累的触发机制

水分胁迫诱导ABA积累过程是植物逆境信息传递的核心问题,水分胁迫诱导ABA积累的触发实质上是水分胁迫原初信号的识别、转导过程.以蚕豆叶片为材料,对甘露醇胁迫诱导ABA积累的触发机制进行了研究.结果表明,890mmol/kg渗透浓度的甘露醇处理可导致离体叶片组织中ABA浓度增加5倍以上,而原生质体中ABA浓度增加幅度不足40%;与离体叶片组织一样,水分胁迫可导致游离细胞中ABA大幅度增加,游离细胞中ABA积累幅度比原生质体高10倍以上,表明水分胁迫下ABA积累的触发过程和细胞质膜与细胞壁的相互作用密切相关.Ca²⁺螯合剂EGTA及Ca²⁺通道激活剂A23187对水分胁迫诱导的ABA积累没有影响;细胞骨架的抑制剂秋水仙碱和细胞松弛素B对水分胁迫诱导的ABA积累也没有任何影响.有趣的是,一种不能穿越细胞质膜的蛋白质巯基试剂PCMBS( p-chloromercuriphenyl- sulfonic acid)可有效地抑制水分胁迫诱导的ABA积累,说明细胞质膜的某种蛋白参与了水分胁迫诱导ABA积累的触发过程,并且该蛋白细胞质膜外侧的功能区域可能具有巯基存在.     

Ca2+对叶绿体光还原活性的影响及与钙调素的关系

外加Ｃａ＾２＋能有效地提高杂交水稻汕优６３离体叶绿体的光还原活性,Ｃａ＾２＋专一性螯合剂乙二醇双乙胺醚四乙酸（ＥＧＴＡ）抑制其活性,钙调素（ＣａＭ）抑制剂三氟拉嗪（ＴＦＰ）,Ｃａ＾２＋通道阻断剂Ｃｏ＾２＋,以及Ｚｎ＾２＋抑制离体叶素体的光还原活性,外加Ｃａ＾２＋可以部分地减少ＴＦＰ,Ｃｏ＾２＋和Ｚｎ＾２＋抑制作用,叶绿体的光还原活性与Ｃａ＾２＋和ＣａＭ密切相关。     

Ca2+和Sr2+诱导大肠埃希菌感受态细胞的形成及转化的影响

为研究金属离子诱导下感受态细胞形成的机理及揭示转化发生的机制,分别用Ca~(2+)和Sr~(2+)(0~140mmol/L)制备大肠埃希菌感受态细胞并转化。研究结果表明,不同浓度的Ca~(2+)和Sr~(2+)诱导的感受态细胞的效价不同,两种金属离子对大肠埃希菌细胞内外膜的通透性均有较大影响,但细胞内外膜的改变程度与转化率无直接关系;电镜结果显示,未处理的细胞呈簇聚集发生粘连现象,感受态细胞整体呈分散状态,局部发生聚集,而转化后的细胞独立存在,边缘异常清晰。     

血红素加氧酶-1可能经诱导 foxp3+CD4 +CD25 + Treg细胞抑制哮喘气道炎症

血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1, HO-1)作为体内保护蛋白, 在哮喘气道炎症中具有显著的抗炎作用. foxp3+CD4 ⁺CD25 ⁺ T调节细胞(T regulatory cells, Treg)是调节性细胞的主要组成部分, 以抑制的方式调控其他效应细胞的活性和功能. IL-10是多种细胞分泌的抗炎细胞因子, 具有免疫抑制功能. 本研究探讨HO-1诱导foxp3 ⁺CD4 ⁺CD25 ⁺ Treg, 增加IL-10分泌以拮抗哮喘气道炎症. 选用磁珠分离CD4⁺CD25⁺ Treg, 含 HO-1 质粒转染或血红素(Hemin)和锡-原卟啉(Sn-protoporphyrin, SnPP)处理, RT-PCR和Western blot方法检测显示Hemin上调HO-1表达, CD4⁺CD25⁺ Tregfoxp3 表达及蛋白水平显著增加, ELISA方法测定上清液IL-10水平明显升高. 卵清蛋白(ovalbumin, OVA)致敏、激发的哮喘小鼠, Hemin上调HO-1表达, 肺和脾脏中foxp3表达及蛋白量亦增加, 血清IL-10增高, 而OVA特异性IgE水平降低. 肺病理组织学检测、支气管肺泡灌洗液(bronchial alveolar lavage fluid, BALF)中细胞总数和嗜酸性粒细胞(eosinophil, EOS)计数均显示炎性细胞尤其是EOS浸润减少; CD4 ⁺CD25 ⁺ Treg功能抑制实验发现, OVA致敏、激发Balb/C小鼠经Hemin干预后, 抑制作用显著增加; SnPP能逆转HO-1作用. IL-10剔除的B6.129P2-Il10^tm1Cgn/J小鼠Treg抑制作用经Hemin干预后仍未改善. 但体内外实验发现TGF-β水平无变化. 本研究表明: HO-1可能经诱导CD4 ⁺CD25⁺ Treg 特异性转录因子foxp3表达, 激活CD4 ⁺CD25 ⁺ Treg, 促进IL-10分泌, 以拮抗哮喘气道炎症.     

蓝猪耳受精过程中中央细胞和初生胚乳细胞中微丝骨架的组装和细胞核的迁移

通过对蓝猪耳(Torenia fournieri)活体胚囊的研究,发现中央细胞和初生胚乳细胞中的微丝骨架在细胞核迁移时发生了显著的变化.授粉前,微丝在中央细胞的周质位置呈现短束状随机分布.开花两天后,它们组装成截然不同的微丝网络,在这个阶段,次生核位于中央细胞中央位置并与短束状的微丝列阵相联系.在授粉发生后不久,分布在珠孔端的微丝发生片断化,此时次生核与卵器相邻.受精后,初生胚乳细胞核从卵细胞处移开, 在初生胚乳细胞中微丝又重组形成清晰的网络结构.用latrunculin A (LAT-A)和细胞松弛素B(cytochalasin B,CB)破坏微丝骨架,得到的试验结果说明,微丝参与了中央细胞中的细胞核迁移运动.数据也表明,在受精过程中,微丝骨架的动力学特性在中央细胞和初生胚乳细胞的胞质重组中起重要作用.     

接种叶锈菌的小麦叶片胞间洗脱液对叶肉细胞原生质体微丝骨架的影响

用异硫氰酸 鬼笔环肽 (FITC Ph)标记和共聚焦激光扫描显微镜 (CLSM )观察发现 ,以具有激发子活性的接种叶锈菌的小麦叶片的胞间洗脱液 (IWF)处理叶肉细胞原生质体一定时间后 ,抗病小麦品种洛夫林 10的原生质体内微丝骨架保持完整的网络状结构 ,而感病品种 5 389的大部分微丝骨架处于解聚状态。同时 ,抗病品种因IWF处理诱发的防卫反应———H2 O2 突发和HR反应的程度 (用原生质体活力下降的程度表示 )也大大高于感病品种。用细胞松弛素D(CD)预处理抗病品种原生质体可以明显抑制IWF处理诱发的H2 O2突发和HR反应 ,表明微丝骨架的状态可能与抗病性有密切的关系 ,完整的微丝骨架是H2 O2 突发和HR反应的一个重要条件。     

细胞内微丝骨架的变化对人肝癌Bel-7402细胞形态的影响

癌细胞的形态及癌细胞的生物学行为(如粘附、迁移和浸润)与细胞内骨架系统密切相关,本研究利用Phalloidin-FTTC标记人肝癌Bel-7402细胞内F-肌动蛋白(F-aetin),使用激光扫描共聚焦显微镜观测细胞微丝骨架与癌细胞形态的关系,及Cyt-B处理Bel-7402细胞后,癌细胞内微丝骨架的变化。结果显示：癌细胞内F-aedn解聚,F-aetin小体的聚集重组是癌细胞的形态变化的主要因素之一。     

GFP-mTn融合蛋白对蓝猪耳生活细胞微丝骨架的标记

用农杆菌介导法将嵌合基因GFP-mTn(mTn是微丝结合蛋白Talin的微丝结合域,可以显示活体细胞中微丝的结构)导入蓝猪耳。经激光共聚焦显微镜观察了转基因植株的各种不同组织中融合蛋白的表达和分布情况。在叶片的表皮细胞、保卫细胞、根部的皮层细胞中有融合蛋白的不同程度表达。但仅在保卫细胞中微丝标记状况良好,显示基因表达的组织特异性。经光诱导处于开放态的气孔的保卫细胞微丝呈网状结构,在细胞内无规则分布;经黑暗诱导处于关闭态的气孔保卫细胞中微丝束沿保卫细胞纵轴排列,呈卷曲状分布,并观察到螺旋和环状的微丝结构。在转基因植株的其他部位,例如茎表皮细胞、根毛细胞和花粉粒中,未检测到目的基因的表达。本研究获得的转基因植株为研究气孔运动过程中微丝动态变化提供了有用的材料。     

SM22α参与血清饥饿诱导的血管平滑肌细胞微丝重塑

血清饥饿可诱导体外培养的血管平滑肌细胞(vascularsmoothmusclecells,VSMC)由合成型转变为收缩型,微丝重塑是该过程的一个重要事件。平滑肌22α(smoothmuscle22alpha,SM22α)是VSMC的标志蛋白,为了证实SM22α是否参与调节VSMC的微丝重塑过程,采用反义技术,封闭SM22α表达,利用间接免疫荧光染色、透射电镜观察SM22α表达对VSMC微丝重塑的影响,利用细胞平面迁移实验观察SM22α表达对VSMC运动功能的影响。实验结果显示,在血清饥饿培养的VSMC中,伴随着SM22α和SMα肌动蛋白表达上调,微丝数量明显增多,呈极性束状分布。用反义SM22α抑制SM22α表达后,血清饥饿诱导的VSMC微丝重塑受阻,微丝纤细,排列紊乱,且细胞迁移活性下降。结果提示,在VSMC微丝组装过程中,SM22α可能起一种捆绑蛋白作用。     

鸡细胞外脂肪酸结合蛋白基因单核苷酸多态性与腹脂性状的相关研究

以明星肉鸡和丝毛乌骨鸡杂交产生的F₂代鸡群为实验材料,以鸡细胞外脂肪酸结合蛋白基因为影响鸡脂肪性状的候选基因,应用PCR-SSCP(单链构象多态)法对该基因5′调控区近端1.6 kb的序列进行单核苷酸多态性检测.其中第1对引物扩增的片段有2处碱基突变,第2对引物扩增的片段有1处碱基突变和1处碱基插入.经过与鸡腹脂性状进行最小二乘法分析,结果表明,第2对引物扩增的BB型基因片段(突变型)与AA型(野生型)和AB型(杂合型)相比有较高的腹脂重和腹脂率(P<0.001),表明该基因对于鸡腹脂蓄积具有大的影响或与控制腹脂性状的主基因连锁.     

胞外ATP对AlCl3诱导的细胞死亡过程中胞内H2O2和Ca2+水平的影响及其生理机制分析

该实验以烟草悬浮细胞 BY 2 为材料,在烟草悬浮细胞中分别加入0.05、0.10、0.15、0.20 mmol·L^-1AlCl₃,以等体积去离子水处理的悬浮细胞液为对照,并依据前述实验结果选择0.15 mmol·L^-1 AlCl₃,分别添加5 mmol·L^-1 DMTU(H₂O₂ 抑制剂)、20 μmol·L^-1CaCl₂、15 μmol·L^-1 LaCl₃(Ca²⁺通道抑制剂)和50 μmol·L^-1 ATP设计多项处理,分析胞外ATP(eATP)对铝离子(Al³⁺)胁迫引起的植物细胞死亡及其胞内H₂O₂、Ca²⁺的影响,以揭示Al³⁺胁迫下植物调节细胞死亡的可能机制,进一步扩展对eATP功能的认知。结果显示：(1)随着 AlCl₃ 胁迫浓度的提高,细胞死亡水平和胞内H₂O₂水平上升,而胞内Ca²⁺和eATP水平则逐渐降低。(2)外援施加H₂O₂抑制剂 DMTU(二甲基硫脲)和Ca²⁺能够有效缓解AlCl₃诱导的细胞死亡水平的上升;而Ca²⁺通道抑制剂LaCl₃(三氯化镧)则加剧了AlCl₃胁迫下的细胞死亡。(3)在AlCl₃胁迫下对细胞添加外源ATP,能够缓解AlCl₃胁迫下胞内H₂O₂水平上升和Ca²⁺水平下降的同时,并显著降低AlCl₃胁迫导致的细胞死亡。研究表明, Al³⁺以剂量依赖的模式提升细胞死亡和细胞内H₂O₂的水平并降低胞内Ca²⁺和eATP水平,AlCl₃诱导的细胞死亡受到H₂O₂和Ca²⁺水平变化的调节,eATP可以通过调节H₂O₂与Ca²⁺水平缓解AlCl₃诱导的细胞死亡。推测Al³⁺胁迫可能通过抑制钙离子通道而破坏了细胞内H₂O₂和Ca²⁺之间的协同关系,外源ATP对Al³⁺诱导H₂O₂上升的缓解作用可能是由于其提升了细胞的抗氧化能力。     

三尖杉酯碱诱导的HL-60细胞凋亡的钙调节

三尖杉酯碱 (harringtonine ,HT)是一种对急性粒细胞白血病、急性单核细胞白血病有良好疗效的抗癌药物 ,可在很宽的剂量范围内迅速诱导HL -6 0细胞凋亡 .细胞外钙离子螯合剂EGTA不抑制抗癌药物HT、喜树碱 (campothecin ,CAM )诱导的-细胞凋亡 ;而细胞内Ca ²⁺螯合剂BAPTA AM却可抑制该过程 .与此相一致 ,HT和CAM也不能诱导胞内Ca ²⁺已排空的HL -6 0细胞凋亡 ,说明HT ,CAM诱导的HL- 6 0细胞凋亡依赖于胞内Ca ²⁺但是HT ,CAM诱导HL -6 0细胞凋亡过程中胞内自由Ca ²⁺浓度变化不大 .利用视频反差增强显微术 (videoenhance mentcontrastmicroscopy ,VEC)研究了单个HL- 6 0细胞凋亡过程中胞内Ca ²⁺分布的动态变化 ,结果表明HT诱导HL -6 0细胞凋亡过程存在胞内Ca ²⁺由胞质向核的位移 .