钙结合蛋白对花粉生长发育调控研究进展

植物钙结合蛋白存在于花粉管中,通过直接或间接结合Ca~(2+),定位膜结构,形成Ca~(2+)信号通道,发生信号转导,对花粉发育及花粉管的生长起到调控作用。目前已明确以钙调蛋白(CAM)、钙依赖型蛋白激酶(CDPK)、类钙调蛋白(CML)、类钙调素B类蛋白(CBL)和激酶蛋白(CIPK)为主的植物钙结合蛋白在调控花粉发育及花粉管生长方面的重要作用。该文主要对近年来国内外已经明确的各类钙结合蛋白家族以及家族成员间不同的作用机理的研究进展进行综述,并举例阐述了钙结合蛋白家族中各类成员对花粉管特定的作用方式及调控作用,最后对今后相关领域的研究前景进行了展望。     

G蛋白调节剂和花柱S-核糖核酸酶对花粉管生长及其钙离子浓度的影响

以‘丰水’和‘幸水’梨花柱及花粉为试材,用激光共聚焦显微技术,研究了离体条件下G蛋白活性调节剂和花柱S-RNA酶对花粉管生长及其游离Ca~(2 )浓度的影响。结果表明:G蛋白激活剂CTX可促进花粉管生长,且可解除花柱S-RNA酶对自身花粉管生长的抑制作用;G蛋白抑制荆PTX和花柱S-RNA酶共同处理使异体的花粉管生长受到抑制。CTX处理使花粉管尖端区的[Ca~(2 )]_i明显升高,花柱S-RNA酶处理引起自身花粉管尖端区的[Ca~(2 )]_i梯度消失;CTX和花柱S-RNA酶共同处理则使自身花粉管内的[Ca~(2 )J_i表现出两者单独处理时的综合特征;而花柱S-RNA酶和PTX共同处理后,异体的花粉管内[Ca~(2 )]_i表现出先升高后下降的趋势。     

持续激活型CIPK9在花粉管生长过程中的生物学功能及亚细胞定位分析

植物的花粉管生长是一个多因素参与的生理学过程,需要多种信号传导系统来引导植物细胞完成。钙离子作为第二信使,可以通过钙传感器CBLs激活下游的蛋白激酶CIPKs参与调控细胞的极性发育过程。该研究中 CIPK9 被确定为候选基因,其C端与绿色荧光蛋白(GFP)相融合,通过基因枪技术在烟草花粉中进行瞬时表达,观察对应的亚细胞定位及花粉管中诱导的表型。结果表明:(1)GFP标记的CIPK9定位于花粉管中高速运动的颗粒状细胞器,并可随胞质环流进行规律的运动,为进一步探究CIPK9的生物学功能,还构建了持续激活型CIPK9(CACIPK9)。(2)与全长CIPK9相比较,CACIPK9缺少C末端的调控区域,并在激酶区域的激活环中进行了点突变,从而表现出不受调控的持续高活性。(3)缺少C端调控区的CACIPK9表现出非特异性的亚细胞定位,即与GFP对照相同的胞内弥散定位,说明CIPK9的C末端调控区对于其在花粉管中的正确定位发挥重要的调控作用。另外,CACIPK9过表达可以引起花粉管的去极化生长表型。这表明CIPK9作为钙信号下游家族的一员参与了花粉管极性生长的相关过程,并对花粉管的生长具有一定的调控作用。     

蛋白酶体抑制剂MG132对青扦花粉萌发和花粉管生长的影响

泛素/蛋白酶体系统(UPP)是真核细胞内蛋白质选择性降解的主要途径,而蛋白酶体是UPP中蛋白质降解的场所。本文应用细胞学、统计学方法以及FTIR技术研究了蛋白酶体抑制剂MG132对青扦(Peceawilsonii)花粉萌发、花粉管生长的影响。结果表明:MG132显著抑制青扦花粉萌发和花粉管生长,并导致花粉管形态异常,主要表现为花粉管亚顶端出现液泡化,并且液泡随着培养时间的延长而扩大到整个花粉管,花粉管濒临死亡;而DMSO以及非蛋白酶体抑制剂E-64不产生类似结果;半薄切片结果表明,MG132处理后不仅花粉管细胞质发生液泡化,生殖细胞也发生液泡化;FTIR分析进一步表明,MG132处理后,花粉管顶端的细胞壁蛋白和果胶质含量大幅度下降。上述结果表明:MG132通过抑制蛋白酶体活性显著影响青扦花粉萌发及花粉管生长;UPP在青扦花粉萌发、花粉管极性生长模式的建立和维持过程中起重要作用;抑制蛋白酶体活性将导致青扦花粉管的程序性死亡。     

G蛋白调节剂对梨花粉萌发及花粉胞内Ca2+浓度变化的影响

用激光共聚焦技术研究了异三聚体G蛋白活性调节剂对梨花粉萌发、花粉管生长及花粉细胞内游离钙离子浓度动态的影响。结果表明：异三聚体G蛋白激活剂霍乱毒素(CTX)可促进梨花粉萌发与花粉管生长,而其抑制剂百日咳毒素(PTX)则抑制花粉萌发与花粉管生长;霍乱毒素处理后,花粉细胞内产生特异性的“钙瞬变”信号,而百日咳毒素处理后则引起花粉细胞内游离钙离子浓度的持续下降。这表明：异三聚体G蛋白可能参与了梨花粉萌发与花粉管生长的调控过程,G蛋白的活性变化对花粉萌发的效应可能是通过调控花粉细胞内游离Ca^2 浓度的动态变化产生特异性的钙信号来实现的。     

钙调蛋白的构效关系及其与药物的相互作用

钙调蛋白(calmodulin,CaM)作为环核苷酸磷酸二酯酸(PDE)的内源性活化因子,于六十年代后期由张怀耀首先发现,它是细胞内Ca~(2+)的重要受体,与Ca~(2+)结合后发生构象变化而激活,又调节着细胞内Ca~(2+)的浓度。它不具有酶的活性,却能通过激活细胞内广泛的酶谱,调控细胞的基本功能。二价阳离子竞争性地取代Ca~(2+)的结合后能影响CaM活性,组织内还存在有CaM的内源性抑制因子,竞争性地与CaM结合而抑制CaM的活性。CaM与靶酶的相互作用也能被很多药物所抑制,这或许与药物的作用机制有关。     

蛋白酶体抑制剂MG132对青扦花粉萌发和花粉管生长的影响

泛素／蛋白酶体系统（UPP）是真核细胞内蛋白质选择性降解的主要途径,而蛋白酶体是UPP中蛋白质降解的场所。本文应用细胞学、统计学方法以及FTIR技术研究了蛋白酶体抑制剂MG132对青扦（Pecea wilsonii）花粉萌发、花粉管生长的影响。结果表明：MG132显著抑制青扦花粉萌发和花粉管生长,并导致花粉管形态异常,主要表现为花粉管亚顶端出现液泡化,并且液泡随着培养时间的延长而扩大到整个花粉管,花粉管濒临死亡;而DMSO以及非蛋白酶体抑制剂E-64不产生类似结果;半薄切片结果表明,MG132处理后不仅花粉管细胞质发生液泡化,生殖细胞也发生液泡化;FTIR分析进一步表明,MG132处理后,花粉管顶端的细胞壁蛋白和果胶质含量大幅度下降。上述结果表明：MG132通过抑制蛋白酶体活性显著影响青扦花粉萌发及花粉管生长;UPP在青扦花粉萌发、花粉管极性生长模式的建立和维持过程中起重要作用;抑制蛋白酶体活性将导致青扦花粉管的程序性死亡。     

拟南芥CBL9的质膜定位对花粉管顶端生长的影响

旨在揭示拟南芥CBL9(Calcineurin B-like protein 9)在花粉管顶端生长中的作用。基于花粉管瞬时表达体系,通过基因枪技术将带有黄色荧光蛋白(YFP)标签的CBL9在烟草花粉中进行瞬时表达,观察其亚细胞定位及过表达表型。针对CBL9的N端酰基化的保守位点,通过点突变技术构建CBL9G2A突变体,对比研究其表型及定位的改变情况。结果显示CBL9-YFP定位于花粉管顶端质膜及颗粒状细胞器上,CBL9过量表达可以引起显著的花粉管去极化生长。而CBL9G2A-YFP则表现出非特异性的胞内弥散定位,同时CBL9G2A过量表达没有显著影响花粉管的顶端生长。CBL9的N端酰基化位点是CBL9质膜定位的重要因素,而正确定位的CBL9才能发挥调控花粉管生长的相关功能。     

外源Ca^2＋对烟草花粉管生长和生殖核分裂的调节

用细胞学和统计学方法研究了外源Ca~(2 )对烟草(Nicotiana tabacum L.)离体花粉管生长和生殖核分裂的影响。正常培养条件下,花粉管群体内的生殖核分裂率大致呈对数增长,10～18h为其分裂高峰期。所用Ca~(2 )浓度中以10~(-3)mol/L最适于花粉管生长,与之相比,其它浓度随时间延长愈益明显地表现出抑制效应。生殖核分裂则以10~(-2)与10~(-3)mol/L较为适宜,且10~(-2)mol/L可相对提前分裂高峰。在含10~(-3)mol/L Ca~(2 )培养基中培养10h后用不同方法处理,发现高钙抑制花粉管生长,尤以10~(-1)mol/L Ca~(2 )抑制最强烈,导致花粉管顶端壁加厚及生殖核的无丝分裂。而10~(-2)mol/L Ca~(2 )在处理早期(10～12h)促进生殖核分裂。EGTA处理则同时抑制花粉管生长和生殖核分裂。     

苹果花粉管生长过程中钙梯度的形成初探(简报)

经Ca(2 )荧光指示剂Fura－2及荧光猝灭剂Mn(2 )处理的生长的苹果花粉管从顶端到基部存在着由高到低的Ca(2 )浓度梯度;加Mn(2 )后,花粉管顶端荧光急剧猝灭。花粉等生长随着新霉素和肝素浓度的提高受抑加剧,两者浓度分别达到150μnol·L(-1)、5mg·ml(-1)时,花粉管生长完全受抑。     

血管紧张素Ⅱ对血管平滑肌细胞中大电导钙激活钾通道的多重调节作用（英文）

肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system, RAS)是影响血管平滑肌细胞张力的重要因素。RAS主要活性物质血管紧张素Ⅱ (angiotensin Ⅱ, Ang Ⅱ)可通过激活血管紧张素Ⅱ-1型受体(angiotensin Ⅱ type 1 receptor, AT1R)升高胞内Ca~(2+)浓度,收缩平滑肌细胞。大电导钙激活钾(large-conductance Ca~(2+)-and voltage-activated potassium, BK)通道是血管平滑肌细胞中分布最广、表达最多的钾离子通道,在维持细胞膜电位和胞内钾钙平衡中发挥重要作用。血管平滑肌细胞上的BK通道主要包含α与β1两种亚基。其中功能亚基BKα上分布有膜电位及Ca~(2+)感受器。因此当膜电位或细胞内Ca~(2+)浓度升高时会反馈性引起BK通道开放。然而,越来越多的研究显示,尽管Ang Ⅱ可升高胞内Ca~(2+)浓度,但却通过激活PKC通路、促进AT1R与BKα通道形成的异源二聚体内吞、加快α与β1亚基解离等途径抑制BK通道的表达和功能。在一些情况下,Ang Ⅱ对BK通道也可表现出激活作用,但机制尚不完全明确。该综述总结了Ang Ⅱ对BK通道抑制或激活两方面效应的可能原因,为改善细胞内离子失衡提供理论依据。     

含PxIxIT模序烟曲霉KpsF基因作用初探

目的构建烟曲霉KpsF基因缺陷株,初步了解KpsF基因在烟曲霉生长及与钙调磷酸酶相互作用关系。方法PCR扩增烟曲霉KpsF基因及其上、下游各约1.0kb的DNA片段,以pyrG为筛选标记,原生质体法构建KpsF基因缺陷株ΔKpsF;观察ΔKpsF一般生长状况;实时荧光定量PCR方法检测Ku80(对照组)和ΔKpsF(实验组)在含有不同浓度CaCl_2的液体GMM培养基中钙调磷酸酶催化亚基(CnaA)相对表达水平。结果烟曲霉ΔKpsF和Ku80径向生长差异无统计学意义(P0.05);表型未见明显差别;ΔKpsF在10mmol/L CaCl_2GMM液体培养基的CnaA相对表达量显著高于对照组Ku80(P0.01),而100mmol/L CaCl_2的CnaA相对表达量却没有明显变化(P0.05)。结论 KpsF基因缺陷对烟曲霉的径向和表型生长没有明显影响,对CnaA表达量的影响与Ca~(2+)浓度有关。在低浓度Ca~(2+)条件下,KpsF可能参与对钙调磷酸酶的负反馈调节作用,而在高浓度的Ca~(2+)条件下,这种负反馈调节作用受到抑制。     

ROP2参与植物生长素快速响应的膜泡运输调控

ROP2(Rho-related GTPases from plant)为植物中特有的小G蛋白Rho家族的成员,参与植物细胞信号转导过程。为了探讨其在生长素信号响应过程中对细胞膜泡运输的调控作用,构建了拟南芥ROP2过表达(OX-ROP2)、组成激活型表达(CA-rop2)和显性失活型表达(DN-rop2)的载体,分别转化到膜泡标记和生长素结合蛋白ABP1(auxin binding protein 1)调控表达的烟草BY2细胞系,结合生长素处理开展了ROP2对细胞生长素作用下膜泡运输的调控。在生长素IAA作用下,ROP2的过表达和组成激活型表达都能明显促进细胞的膜泡外排运输,而ROP2的显性失活型表达则抑制细胞膜泡外排运输。如果同时诱导细胞中ABP1过表达,能显著增强ROP2对膜泡外排运输的促进作用,而ABP1受干扰抑制表达时,ROP2的过表达及组成型激活表达对膜泡外排的促进作用都受到明显抑制。IAA处理细胞2 min时就可以观察到细胞对IAA信号响应的膜泡运输明显变化,此时细胞核向内膜系统、内膜系统向细胞质膜之间的膜泡外排运输逐渐增强,外排运输的方向趋向于生长素高浓度方向更活跃。该研究说明,植物ROP2参与生长素快速响应的信号转导途径,能促进膜泡朝向生长素浓度较高的一侧外排运输。     

钙和硼对蓝猪耳花粉萌发及花粉管生长的影响

研究了钙(Ca^2 )和硼(H3BO3)对蓝猪耳花粉萌发和花粉管生长的影响。结果表明：(1)在一定范围内Ca^2 几乎不影响花粉萌发频率,而主要影响花粉萌发速度和花粉管生长速度;低Ca^2 不利于花粉管生长,而高Ca^2 抑制花粉萌发速度和花粉管生长;在稍高于最适Ca^2 浓度的条件下,花粉管生长早期呈现波浪形。(2)硼明显影响花粉萌发频率及花粉管形态;花粉管生长必需硼,但不同浓度的硼对花粉管生长速度影响不明显;在高浓度硼条件下,较长时间内花粉管均呈现出波浪形。(3)Cooled-CCD动态跟踪观察进一步证实Ca^2 影响花粉管生长速度,而硼则不明显。     

枇杷少核株系花粉管生长差异研究

以‘大五星’枇杷退化种子少核株系‘川农1号’(C1)为试材,以‘大五星’枇杷自花授粉为对照,采用荧光显微技术,对枇杷少核株系自花、异花授粉后花粉管生长情况进行观察。结果表明:(1)C1株系异花授粉后花粉能在柱头上萌发,并伸入中央花柱道,在授粉后48h左右到达花柱基部。(2)C1株系自花授粉后,花粉萌发与花粉管的伸长速度相对于异花授粉滞后,自花授粉后36h大多数花粉管到达花柱的中上部并停止生长,且伴随产生花粉管顶端形态异常、荧光异常明亮等现象,最终只有极少数花粉管能到达花柱基部。研究表明,C1株系为配子体自交不亲和,C1株系的自交不亲和性是引起其少核的重要原因之一。     

梨花柱S-RNase对花粉管超微结构的影响

采用光学显微镜和透射电子显微镜研究了离体条件下不同品种梨花柱S—RNase对异花(亲和)及自花(不亲和)花粉萌发和花粉管生长及其超微结构的影响。结果表明,花柱S—RNase抑制不亲和花粉的萌发和花粉管的生长,对亲和花粉的萌发和花粉管的生长基本没有影响。花粉生长初期,亲和及不亲和花粉管超微结构相似;但培养24h以后,亲和花粉管中充满细胞质和细胞器,而不亲和花粉管中只有靠近花粉管前端有少量细胞质,细胞壁增厚,细胞壁与细胞质之间有一层胼胝质和电子透明区间隔。     

细胞松弛素B和鬼笔环肽对梨花粉萌发和花粉管生长的影响

以砂梨(Pyrus pyrifoliaNakai)品种今村秋(Imamuraaki)和丰水(Hosui)为材料,分别用光学显微镜和荧光显微镜观察了离体和半活体条件下微丝骨架解聚剂细胞松弛素B(cytochalasin B,CB)和稳定剂鬼笔环肽(phalloidin)对梨花粉萌发和花粉管生长的影响.结果表明:(1)低浓度(10μg/mL)鬼笔环肽能促进花粉萌发和花粉管生长,但高浓度对花粉萌发和花粉管的生长具有抑制作用;CB抑制花粉萌发和花粉管生长,且抑制效应随其浓度的增加而增强.(2)鬼笔环肽处理柱头后进行自花授粉,可明显促进自花花粉萌发和花粉管的生长,而CB处理柱头后异花授粉则抑制异花花粉萌发及其花粉管生长.可见,微丝骨架参与了梨花粉萌发和花粉管生长过程,并参与了梨自交不亲和反应的调节.     

TRPC1与Orai1的相互作用参与人脐静脉内皮细胞钙敏感受体介导的钙内流及一氧化氮生成

本研究旨在探讨Ca~(2+)感受蛋白经典瞬时感受器电位蛋白1(canonical transient receptor potential channel 1,TRPC1)与钙释放激活钙通道调节分子1(calcium release-activated calcium modulator 1,Orai1)的相互作用在人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)钙敏感受体(Ca-sensing receptor,Ca R)介导的Ca~(2+)内流和一氧化氮(NO)生成中的作用。取2~3代HUVECs,单独或联合用Ca R激动剂精胺[Spermine,激活钙库活化的钙通道(store-operated calcium channels,SOC)和受体活化的钙通道(receptor-operated calcium channels,ROC)]、ROC模拟剂12-O-十四烷酰佛波醇-13-乙酸酯(TPA)+Ca R负性变构调节剂Calhex231(阻断SOC,激活ROC)、PKC抑制剂Ro31-8220(激活SOC,阻断ROC)以及经典型PKCs和PKCμ抑制剂Go6967(激活SOC,阻断ROC)处理。用免疫荧光技术检测HUVECs中TRPC1和Orai1的蛋白表达、共定位;用免疫共沉淀法检测TRPC1和Orai1之间的相互作用模式;随后用TRPC1和Orai1干扰质粒联合转染HUVECs,采用荧光探针同时检测HUVECs中[Ca~(2+)]i和NO生成的变化。结果显示,HUVECs中TRPC1和Orai1蛋白表达共定位于胞膜。与Spermine+Ca~(2+)组相比,Calhex231+TPA+Spermine+Ca~(2+)组、Ro31-8220+Spermine+Ca~(2+)组和Go6976+Spermine+Ca~(2+)组HUVECs中定位于胞浆中的TRPC1、Orai1蛋白表达均显著降低,二者的结合也减少。免疫共沉淀结果显示,Calhex231+TPA+Spermine+Ca~(2+)组、Ro31-8220+Spermine+Ca~(2+)组和Go6976+Spermine+Ca~(2+)组TRPC1/Orai1和Orai1/TRPC1相对比值百分数均明显低于对照组以及Spermine+Ca~(2+)组(均P0.05),表明Orai1和TRPC1相互作用均减弱。联合转染质粒敲低TRPC1和Orai1显著降低Spermine+Ca~(2+)组、Calhex231+TPA+Spermine+Ca~(2+)组、Ro31-8220+Spermine+Ca~(2+)组和Go6976+Spermine+Ca~(2+)组的HUVECs中[Ca~(2+)]i和NO生成。以上结果提示,TRPC1与Orai1以二元复合物的形式激活SOC和ROC,介导Ca~(2+)内流及NO生成。     

差示扫描量热法分析Ca2+对嗜热菌来源的α-淀粉酶热稳定性的影响

采用毛细管差示扫描量热法,分析Ca~(2+)对嗜热菌Anoxybacillus sp.来源的α-淀粉酶AGXA的热稳定性的影响及其机制。脱气后的蛋白样品和缓冲液,分别加入对应的样品池和缓冲液池中,测量温度为10℃～120℃,升温速率为1℃/min。测量结果中,纵坐标为C_p,横坐标为温度,去折叠变化曲线峰最高点对应的横坐标为蛋白质去折叠温度T_m,去折叠变化曲线与对应温度的积分值为热焓变化值ΔH,范特霍夫焓变化值ΔH_v由去折叠变化曲线峰形状决定。根据改进的吉布斯-亥姆霍兹方程计算AGXA的自由能变化值ΔG,绘制AGXA自由能变化与温度关系的稳定性曲线。结果表明:有Ca~(2+)和无Ca~(2+)存在时,AGXA的ΔH_v与ΔH的比值都约等于1.0;有Ca~(2+)时,AGXA的T_m、ΔH和ΔC_p值,分别为77.8℃、292.5 kcal/mol和2.76 kcal·mol~(-1)·℃~(-1);无Ca~(2+)时,AGXA的T_m、ΔH和ΔC_p值,则分别为67.3℃、238.3 kcal/mol和3.81 kcal·mol~(-1)·℃~(-1);有Ca~(2+)时的AGXA,其T_m、ΔH值分别比无Ca~(2+)时的高,ΔC_p值则比无Ca~(2+)时的低。有Ca~(2+)和无Ca~(2+)的α-淀粉酶AGXA的热变性过程皆为不可逆的双态模式,有Ca~(2+)的AGXA,通过增大ΔH和降低ΔC_p的方式提高其热稳定性。研究揭示了Ca~(2+)提高AGXA的热稳定性机制,为进一步扩大该酶的应用提供了理论和实践支撑。     

不同贮藏条件及生长调节剂对欧李花粉生活力的影响

以2年生欧李植株为试材,采用液体培养法研究了不同采集时间、贮藏时间、贮藏条件以及不同生长调节剂对欧李花粉萌发和花粉管生长的影响。结果表明:(1)欧李花粉在大花苞期至初花期的生活力和发芽力最强,是花粉适宜的采集时期。(2)贮藏条件对花粉的贮藏时间起决定作用,在干燥条件下,花粉的生活力迅速降低,在自然湿度条件下,欧李花粉的贮藏时间随温度的降低而延长,-89℃超低温是欧李花粉贮藏的适合条件。(3)6-BA对花粉的萌发有抑制作用,但适宜的浓度(15mg·L-1)可以促进花粉管的生长,反之则抑制花粉管的生长;所有浓度的2,4-D均能促进花粉管的生长,但浓度对花粉萌芽率的影响极大;低浓度NAA(<20mg·L-1)或GA3(<50mg·L-1)对欧李花粉的萌发和花粉管的生长均影响不大;当NAA≥20mg·L-1时,对花粉的萌发有抑制作用,对花粉管的生长有促进作用;当GA3≥50mg·L-1时对花粉萌发和花粉管生长均具有一定的抑制作用。