向光素调节植物向光性及其与光敏色素/隐花色素的相互关系

蓝光受体向光素(PHOT1/PHOT2)调节蓝光诱导的植物运动反应, 包括植物向光性、叶绿体运动、气孔运动和叶片伸展等。其中, 向光素介导的植物向光性能够促使植物弯向光源, 确保其以最佳取向捕获光源, 优化光合作用。光敏色素和隐花色素作为光受体也参与植物的向光性调节。该文综述了向光素介导的拟南芥(Arabidopsis thaliana)下胚轴向光弯曲信号转导及其与光敏色素、隐花色素协同作用的分子机制, 以期为改造植物光捕获能力及提高光利用效率提供理论基础。     

拟南芥PKS2与CAM4蛋白互作研究

植物蓝光受体向光素(phototropin,PHOT)介导许多生理反应,现已从拟南芥中分离了其下游的一些信号转导组分。前期研究表明,拟南芥光敏色素底物PKS家族成员PKS1与部分Ca2+结合蛋白钙调素(calmodulin,CAM)成员互作,参与PHOT2介导的强蓝光诱导下胚轴向光反应。旨在探讨PKS2和CAM4之间的互作关系,首先用RT-PCR技术得到PKS2和CAM4的c DNA全长序列。通过酵母双杂交和双分子荧光互补技术,从体外与体内证实PKS2和CAM4能相互作用。此结果进一步丰富了PKS家族与CAM之间的联系,为深入解析PHOT功能研究奠定基础。     

低等植物蓝光受体信号传导研究

拟南芥含有5个已分离的蓝光受体和至少1个未鉴定的蓝光/紫外光-A受体.隐花色素(CRY1、CRY2和CRY3) 调节植物的形态建成、开花和生物节律性,而向光素 (PHOT1和PHOT2) 调节植物的向光性、叶绿体运动和气孔开放.黄素可以吸收蓝光和紫外光-A,是CRY和PHOT蓝光受体的生色团.对这些光受体的结构和作用模式已了解很多.苔藓植物小立碗藓中含有2个已分离的隐花色素(CRY1a和CRY1b),负责调节侧枝形成和调控生长素反应;有4个向光素(PHOTA1,PHOTA2,PHOTB1,PHOTB2) 调节叶绿体的运动.苔藓细胞内蓝光/紫外光-A引发的信号转导有Ca2+参与.     

PHOT2介导拟南芥下胚轴向光弯曲调节子的筛选与鉴定

向光素(PHOT1和PHOT2)功能冗余调节单侧强蓝光诱导的拟南芥(Arabidopsis thaliana)黄化苗下胚轴向光弯曲表现功能冗余,限制了人们对PHOT2信号转导机制的深入研究。通过化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)诱变拟南芥phot1突变体,避开PHOT1基因的干扰,寻找PHOT2下游信号分子。研究结果表明,已成功筛选到1株遗传稳定的下胚轴向蓝光不弯曲突变体。遗传分析结果显示,该突变体可能是PHOT2下游信号分子突变,将其命名为p2sa1(phototropin2 signaling associated1)。用100μmol·m–2·s–1强蓝光单侧照射,phot1p2sa1下胚轴向光弯曲缺失,呈现phot1phot2双突变的表型,然而phot1p2sa1在强蓝光下叶绿体避光正常,明显不同于phot1phot2。实验证实P2SA1可能位于PHOT2的下游,参与调节PHOT2介导的拟南芥下胚轴向光弯曲反应。     

植物下胚轴向光弯曲机制研究进展

植物向光弯曲生长主要是由于其向光和背光面生长素的不对称分布引起。近年来研究发现,在不同强度的蓝光单侧照射下,植物可能存在不同的向光弯曲调节机制。目前,关于向光素PHOT1介导弱蓝光引起的下胚轴弯曲研究较为详细,即PHOT1感受蓝光后,与其下游的信号蛋白NPH3、RPT2和PKS1相互作用,调控生长素运输蛋白的活性及定位,诱导生长素的不对称分布引起向光弯曲。PHOT1和PHOT2以功能冗余方式调节强蓝光引起的植物下胚轴向光弯曲,NPH3可能作为共享调节因子,引发不同的信号转导通路实现功能互补。此外,其他光受体、激素、蛋白激酶、蛋白磷酸酶以及Ca2＋也参与了植物向光弯曲的调节。本文就近年来有关植物下胚轴向光弯曲信号组分及可能的网络关系进行总结,并对该研究领域存在的问题及今后可能的研究方向进行展望。     

拟南芥NPH3/RPT2-Like (NRL)家族蛋白在向光素信号转导通路中的作用研究进展

向光素PHOT1和PHOT2感受蓝光刺激后发生自磷酸化激活, 调节植物气孔开放、叶绿体运动、叶片伸展和定位以及向光性(包括根的负向光性和下胚轴的向光性)等多种适应性反应。拟南芥(Arabidopsis thaliana) NRL (NPH3/RPT2-Like)家族成员在向光素介导的信号途径中发挥重要作用, 其中NPH3特异调控下胚轴的向光性以及叶片的伸展与定位, RPT2参与调节植物向光性、叶片的伸展与定位以及叶绿体聚光反应等。NCH1是新发现的NRL家族成员, 与RPT2以功能冗余的方式调节叶绿体的聚光反应, 但不调节避光反应。该文主要综述了NRL蛋白家族成员在向光素介导蓝光信号通路中的作用, 并展望了未来的研究方向, 旨在为全面揭示NRL家族成员的功能提供线索。     

拟南芥NPH3/RPT2-Like(NRL)家族蛋白在向光素信号转导通路中的作用研究进展

向光素PHOT1和PHOT2感受蓝光刺激后发生自磷酸化激活,调节植物气孔开放、叶绿体运动、叶片伸展和定位以及向光性(包括根的负向光性和下胚轴的向光性)等多种适应性反应。拟南芥(Arabidopsis thaliana) NRL (NPH3/RPT2-Like)家族成员在向光素介导的信号途径中发挥重要作用,其中NPH3特异调控下胚轴的向光性以及叶片的伸展与定位,RPT2参与调节植物向光性、叶片的伸展与定位以及叶绿体聚光反应等。NCH1是新发现的NRL家族成员,与RPT2以功能冗余的方式调节叶绿体的聚光反应,但不调节避光反应。该文主要综述了NRL蛋白家族成员在向光素介导蓝光信号通路中的作用,并展望了未来的研究方向,旨在为全面揭示NRL家族成员的功能提供线索。     

植物蓝光受体研究进展

植物蓝光调节的反应主要有向光性、抑制幼茎伸长、叶绿体迁移、刺激气孔张开和调节基因表达等。蓝光反应的有效波长是蓝光和近紫外光(320—400am),故蓝光受体也叫蓝光／近紫外光受体。植物蓝光受体研究近年来取得较大进展。以拟南芥为例,已得到确认的受体至少有隐花色素(CRY1、2)和向光蛋白(phototropin)两大类。转基因拟南芥对蓝光、紫外光和绿光敏感,并发现CRY1是一个可溶性蛋白。CRY2编码一个核蛋白,蓝光在转录水平对该蛋白进行调节,它的作用是增加拟南芥对蓝光的敏感性。CRY1和CRY2共同介导了拟南芥植物的向光性。隐花色素的蛋白与辅基之间以非共价键连接,可以吸收蓝光和近紫外光。CRY1和CRY2蛋白之间,尤其是N端相似性很高。向光蛋白目前只发现PHOT1和PHO12两种,向光蛋白作为丝／苏氨酸激酶蓝光受体含有两个光氧化结构域(LOV)并参与了植物向光性叶绿体运动、气孔开放等。     

苔藓植物蓝光/紫外光-A 信号传导的研究

种子植物含有5个已分离的光受体和至少1个未鉴定的蓝光/紫外光-A受体。隐花色素(CRY1、CRY2和CRY3) 调节植物的生长发育,而向光蛋白(PHOT1和PHOT2) 调节植物对光的营养反应。黄素可以吸收蓝光和紫外光-A,是生色团。对这些光受体的结构和作用模式已了解很多。苔藓植物小立碗藓中含有2个已分离的隐花色素(CRY1a和CRY1b),负责调节侧枝形成和生长素代谢;有4个向光蛋白(PHOTA1,PHOTA2,PHOTB1,PHOTB2) 调节叶绿体的运动。苔藓细胞内蓝光/紫外光-A刺激引发的信号转导有Ca2+参与。     

叶绿体移动现象

叶绿体是植物细胞中最重要的光能转化细胞器,叶绿体在细胞中具有一定分布区域,当植物受外界环境刺激时叶绿体会发生位移,包括回避反应、聚集反应等运动方式.近年来,以模式植物拟南芥为材料,利用正向遗传学和反向遗传学等方法,发现一些重要基因编码的蛋白控制叶绿体移动行为,其中向光素蓝光受体PHOT1和PHOT2以及肌动蛋白结合蛋白CHIP1(chloroplast unusual positioning 1)与叶绿体移动有密切关系.简要介绍目前对叶绿体移动机制的研究进展.     

蓝光和蔗糖对拟南芥花色素苷积累和CHS基因表达的影响

以在20μmol m^-2s^-1白光下生长13d的拟南芥(Arabidopsis thaliana,Landsbcrg生态型)幼苗为材料,采用测定叶片花色素苷含量和Northern blot方法,研究蓝光与蔗糖在诱导植物花色素苷积累及相关基因表达中的作用。结果表明：蓝光处理后,叶片花色素苷积累随光强和照光时间的延长而增加,突变体hy4叶片的花色素苷含量明显低于野生型(WT),说明隐花色素1(cry1)是蓝光诱导花色素苷积累的主要光受体：WT中苯基苯乙烯酮合酶基因(CHS)的表达受蓝光诱导,处理4h即有表达,8h达到最高,之后逐渐下降;蓝光不能诱导突变体hy4中CHS基因的表达,说明cry1介导蓝光诱导CHS基因的表达。培养基中不含蔗糖,削弱了蓝光诱导的拟南芥叶片花色素苷的积累,CHS基因表达也受到抑制。蔗糖不仅作为碳源参与蓝光诱导的花色素苷积累,还可能作为信号分子参与蓝光诱导的CHS表达。     

蓝光调控的植物器官与细胞器运动

蓝光可诱导植物的器官和细胞器运动,从而更好地适应环境。这些运动反应包括向光反应(phototropism)、叶绿体运动(chloroplast movements)、气孔开放(stomatal opening)、细胞核定位(nuclei positioning)以及叶片伸展和定位(leaf expansion and positioning)。调控这些运动反应的主要蓝光受体是向光素(phototropins)。本文综述向光素的分子特性与感光机制,以及由向光素介导的各种器官及细胞器运动和相关信号转导途径的最新研究进展。     

植物的蓝光效应

本文概述了植物蓝光效应的研究进展。探讨了蓝光效应的作用光谱、蓝光受体的可能结构、蓝光诱导的快速反应以及蓝光对碳水化合物和蛋白质代谢、气孔开启、叶片衰老、质膜蛋白磷酸化和基因表达的调控。     

蓝光对拟南芥种子萌发的影响

通过检测分析不同蓝光条件下,拟南芥野生型和蓝光受体突变体的种子萌发率发现,蓝光诱导拟南芥种子萌发,隐花素主要介导蓝光诱导拟南芥种子的早期（蓝光培养1—3d）萌发,并且与光照强度有关。施用GA生物合成抑制剂多效唑或嘧啶醇的研究结果表明,相同浓度的抑制剂对crylcry2突变体种子萌发的抑制作用比野生型强,并且解除抑制剂对crylcry2突变体种子萌发所需的外源有生物活性的GA,量也较野生型多。这些实验结果初步证实了隐花素介导蓝光诱导种子萌发,并且可能与蓝光下种子萌发过程中有生物活性的GA合成增加有关。     

植物蓝光反应突变体分子生物学研究

植物具备一套复杂的由3种蓝光受体和多种信号转导下游组分组成的蓝光感应系统,通过感受光照强度、光的方向和光周期,调节自身对蓝光的应答。本文综述了植物蓝光反应突变体分子生物学研究进展,探讨蓝光受体及信号转导下游组分在植物发育中的作用及蓝光诱发植物作出反应的分子机制。     

真核微藻蓝光受体及其功能研究进展

真核微藻是一类能够进行光合作用的真核生物,起源于内共生事件,因种类繁多、分布广泛及进化历史复杂等特点,使其成为逆境生理研究的理想实验材料。光是环境中重要的信号因子之一,不仅为真核微藻提供能量,而且还为它们提供信息,调节其生长发育过程。为适应光强、光质及光周期等光信息,真核微藻在漫长的进化过程中形成了一套精细的光信号接收和转导系统。光受体在光信号通路中发挥重要的作用,起着接收和转化的桥梁作用。按照光信号波段的不同,目前已知光受体分为红光受体、蓝光受体、绿光受体及紫外光受体。蓝光受体能感受蓝光和近紫外光波段(320-400 nm),在调控植物体的多种生理过程中发挥重要的作用。以高等植物拟南芥中蓝光受体结构及功能研究进展为参照,总结了真核微藻蓝光受体研究进展,重点关注真核微藻蓝光受体基因克隆、蛋白结构、分子进化、光化学特性、生理功能及光信号转导等方面,并提出了今后真核微藻蓝光受体研究工作应注意的问题和关注的重点,以期为真核微藻蓝光受体的研究提供参考。     

拟南芥蓝光受体CRY2的功能及其介导的光形态建成

植物具备一套复杂的由两种蓝光受体和多种信号转导下游组分组成的蓝光感应系统,通过感受光照强度、光的方向和光周期,调节自身对蓝光的应答.蓝光反应的有效波长是蓝光和近紫外光(320～400nm),故蓝光受体也叫蓝光/近紫外光受体.CRY2(Cryptochromes,CRY)是一个核蛋白,在转录水平受蓝光的调节,它的作用是增加拟南芥对蓝光的敏感性.植物蓝光调节的反应主要有向光性、抑制幼茎伸长、叶绿体迁移、刺激气孔张开和调节基因表达等.对植物蓝光反应突变体分子生物学研究进展进行了综述,对蓝光受体及信号转导下游组分在植物发育中的作用及蓝光诱发植物作出反应的分子机制进行了探讨.     

植物蓝光反应突变体分子生物学研究

植物具备一套复杂的由3种蓝光受体和多种信号转导下游组分组成的蓝光感应系统,通过感受光照强度、光的方向和光周期,调节自身对蓝光的应答.本文综述了植物蓝光反应突变体分子生物学研究进展,探讨蓝光受体及信号转导下游组分在植物发育中的作用及蓝光诱发植物作出反应的分子机制.     

胞外钙离子以及细胞膜组分参与蓝光诱导拟南芥叶片花色素苷的积累

以野生型和hy4突变体拟南芥为材料,运用药物学方法研究可能参与蓝光诱导叶片花色素苷积累和CHS基因表达的信号组分。培养基中外施Ca2 、钙离子通道剂A23187、螯合剂EGTA、钙通道阻断剂尼群地平(nifedipine,Nif)以及异博定(verapermil)的实验证实,蓝光诱导13d龄叶片花色素苷积累和CHS基因表达需要胞外Ca2 的参与,而蓝光作用是由cry1(cryptochrome1)介导的。此外,质膜黄素蛋白抑制剂DPI(diphenylene iodonium)抑制蓝光诱导的花色素苷积累,质膜H -ATPase激活剂壳梭胞素(fusicoccin,FC)抑制蓝光反应,而抑制剂钒酸钠则起促进作用。CaM拮抗剂W7、Ca2 -ATPase抑制剂EB(erythrosine B)、G蛋白激活剂霍乱霉素(cholera toxin,CTX)以及抑制剂百日咳毒素(pertussis toxin,PTX)对蓝光下野生型与hy4的花色素苷积累都有影响。对药物实验的分析表明,质膜氧化还原系统、H -ATPase可能参与依赖于外源Ca2 的蓝光反应。     

植物向光素

向光素是继光敏色素、隐花色素之后发现的一种蓝光受体,分子量120 kD,能够结合黄素单核苷酸(FMN)进行自动磷酸化作用,它介导植物向光性运动、叶绿体移动与气孔开放等反应,在蓝光信号传导反应中它启动生长素载体的运动和诱导Ca2 的流动,从而调节植物细胞相关的反应.文章就这一领域的研究作介绍.