非细胞自主性转录因子对植物分生组织发育的调控

为了应对多变复杂的生长环境,植物进化出了独特的信号机制,几乎每一个器官和组织都能形成高效的信号转导系统。胞间转运是器官、组织或相邻细胞中形态建成的特定发生机制,参与这一运输方式的有转录因子、多肽、小RNA和植物激素。这四类移动分子介导不同的信号转导途径,但是这些移动分子能够产生互作并构成了完整的胞间信号网络。作为一类特殊的蛋白质,转录因子尤其是非细胞自主性转录因子在植物器官形成和发育过程中发挥重要作用。主要概述了植物中的非细胞自主性转录因子以及非细胞自主性转录因子与其他移动分子共同调控植物分生组织发育的机制。     

植物转录因子的胞间运动

植物体的组织和器官由多细胞组成,细胞之间的通信对植物体的生长发育必不可少。转录因子作为一类特殊的蛋白质分子不仅在转录水平上参与植物生长发育的调控,而且新近研究发现,转录因子的胞间运动是细胞之间通信方式之一,具有重要的功能。对转录因子胞间运动的发现过程、转录因子胞间运动的机制及其通道进行了论述。转录因子的胞间运动有基于扩散作用的非目标性转运和具有目标性的主动转运两种模式。转录因子胞间运动具有明显的组织特异性和方向性。分析了影响转录因子胞间运动的因素,讨论了转录因子胞间运动的功能以及转录因子胞间运动所参与的植物生长发育及形态建成的调控。     

植物干细胞调控研究新进展

植物干细胞是植物胚后发育形成各种组织和器官的细胞来源和信号调控中心,其调控机理是植物学研究的重要内容。过去20多年在模式植物拟南芥中发现了多个干细胞调控因子,但这些因子间如何相互作用,尤其是不同调控通路间如何整合是未来植物学研究需要解决的关键问题。该文简要介绍了近期以WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX(WOX)家族蛋白为中心开展的有关植物干细胞调控因子间相互作用的一些新的研究进展,并对未来该研究领域的发展进行了展望。     

植物气孔发育的分子遗传调控

气孔广泛存在于植物地上组织和器官的表皮,是植物与外界环境进行气体交换的主要门户,调节光合作用和蒸腾作用等生理活动.原表皮细胞经过一系列固定的分裂和分化,最终产生成熟气孔.在气孔发育过程中,bHLH转录因子调控气孔细胞的起始、扩增和分化,受体-配体、MAPK信号级联介导的细胞间通讯确保正确的气孔发育图式的形成,极性蛋白调节气孔细胞不均等分裂的方向.此外,植物激素和环境因子也影响气孔发育.这些因子共同构建出植物气孔发育的分子遗传调控网络.本文综述了该网络及其最新研究进展     

伴胞细胞中表达的组蛋白脱甲基化酶感受发育信号调控开花时间

开花是高等植物发育过程中一个非常重要的转化过程,它能够保证植物的正常发育和后代的延续,并且有重要的农业价值和观赏价值[1]．开花时间的调控是一个非常复杂的过程,受到自身发育信号和外部环境因素的共同影响[2-3]．FLC是拟南芥开花调节过程中的中心抑制因子,其在拟南芥顶端分生组织和叶片维管束的伴胞细胞中均有表达,并且这两个部位的FLC对开花时间都有重要的调节作用[4]．目前已知的多数影响开花的通路都通过调节顶端FLC的表达来调控植物开花时间,关于伴胞细胞中的FLC如何被调控的研究还非常少[1, 3]． 在动植物中都存在一类具有JmjC结构域的蛋白质,是一类保守的组蛋白脱甲基化酶[5]．我们实验室最近的工作表明,JMJ18是一个受植物自身发育调节的H3K4脱甲基化酶,JMJ18主要在伴胞细胞中表达,通过特异调节伴胞细胞中的FLC调控植物开花时间[6]． Yang等[6]实验证实在体外全长的JMJ18可以特异性地以H3K4m3的多肽为底物,脱掉其上一个甲基生成H3K4m2．在拟南芥中,JMJ18主要在伴胞细胞中表达,并且表达水平受到植物自身发育进程的调控[4]．JMJ18功能缺失突变体呈现弱的晚花表型,而JMJ18的超表达植株呈现明显的早花表型,说明JMJ18参与了拟南芥开花时间的调控[4].尽管多个具有JmjC结构域的组蛋白脱甲基化酶,如 JMJ14、ELF6/JMJ11、REF6/JMJ12等都参与了拟南芥开花时间的调节,但是机制都不太清楚[5, 7],并且目前没有发现可以直接调控FLC的JmjC蛋白．Yang等的实验证实JMJ18可以结合到FLC的染色质上,通过降低FLC的染色质H3K4m3和H3K4m2修饰抑制FLC表达．FLC表达水平的降低导致FT表达的释放,促进FT在伴胞细胞中积累．积累的FT从伴胞细胞进入筛管组织,进而运输到顶端分生组织,与顶端分生组织特异性表达的bZIP转录因子FD直接相互作用,通过调节下游基因SOC1和AP1调控植物开花进程(图1)． 最近的研究发现,植物开花时间除了受到春化作用、自主途径、光周期途径、GA途径等调控以外,还可以通过自身年龄衡量因子miR156和其靶基因SQUAMOSA PROMOTER BINDING-LIKE (SPLs)调节开花进程[8]．Yang等实验证实：JMJ18主要在韧皮部的伴胞细胞表达．并且同miR156类似,在植物营养生长时期,JMJ18随着发育进程的深入表达水平逐渐升高．SUC2启动子驱动JMJ18在维管伴胞细胞中表达时也出现早花表型并且依赖于FT．这些研究结果表明,同miR156类似,JMJ18受植物自身发育调节,也可能作为自身年龄衡量因子调控植物开花时间,不同点是JMJ18是通过组蛋白修饰直接调节FLC表达调控开花时间的自身年龄衡量因子．即可能有两条感受自身年龄的途径：miR156-SPLs和JMJ18-FLC/MAFs途径,让人感兴趣的是两个因子都是表观遗传调控因子,而且在每个途径中均是前者负调控后者,而且后者均为一个转录因子基因家族,这两个途径最后都调控FT表达．这两个途径之间的关系也是一个有待于研究的科学问题,这可能会对于我们理解自身年龄衡量因子在植物开花进程中的作用有一定的启示．     

抗病毒转基因植物

欧共体委员会(CEC)桥(Bridge)计划最近资助了一项题为植物病毒胞间移动与胞间连丝结构间关系的细胞生物学的项目。对在侵染周期中可使植物病毒进入健康细胞的病毒蛋白(细胞间移动蛋白)的研究对所涉及的病毒机制和正在探讨的植物结构都有所启发。在病毒侵染周期中细胞间移动蛋白由病毒基     

细胞周期因子与植物根系发育

植物根系的发育是一个非常复杂且被精确调控的过程,受到多种信号的调控,其中对细胞分裂水平调控的研究已经成为细胞生物学研究的热点之一.文章介绍了植物细胞周期因子和植物根系发育相关的细胞周期调控机制以及根系细胞周期激素调节的研究进展.     

雌、雄配子体间及雌配子体成员细胞间的通讯

被子植物的双受精是一个复杂而精密的调控过程.成功的受精依赖于配子体的正确发育以及雌配子体与雄配子体间的相互识别.研究表明,雌配子体自身成员细胞间存在广泛的胞间通讯.这种通讯不仅影响不同细胞的发育进程,也决定细胞的发育命运,从而保证雌配子体的正常发育.此外,雌配子体与雄配子体间存在胞间通讯,这种胞间通讯是雌配子体与雄配子体间相互识别的分子基础,精确调控了雄配子体准确进入珠孔、在雌配子体内适时停止伸长、尖端破裂并在特定位置释放精细胞等过程.本文概述了这些方面的最新进展,梳理胞间通讯的途径与信号,并展望了未来雌、雄配子体间及雌配子体成员细胞间通讯的研究方向与可能的应用前景.     

植物非细胞自主性小RNA分子研究进展

非细胞自主性是RNA干扰的主要特点之一,表现为沉默效应可以在细胞、组织和生物个体间传递和扩散,可移动的小RNA分子在这种非细胞自主性的沉默扩散中发挥了核心作用。近年来的研究表明小RNA分子可以与转录因子、多肽和植物激素一样传递胞间信息,并以其特有的方式调控发育模式、响应环境胁迫、增强病毒抗性和维持转座子的沉默。综述了近年来在植物非细胞自主性RNAi研究中取得的主要进展,主要介绍了通过韧皮部和胞间连丝途径传递沉默信号的各种小RNA分子及其生物学作用、非细胞自主性小RNA的分子特征和运输效率的调控,并对存在的问题及其研究前景进行了展望。     

植物气孔发育机制研究进展

气孔是分布在植物表面的微孔, 是植物水分散失和与外界环境进行气体交换的门户。经过多年的研究, 气孔发育过程中重要调节因子陆续被发现。气孔复合体结构、发育起始模式以及在双子叶植物和单子叶植物中的分布都有较大差异。该文综述了双子叶植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)气孔发育过程中调控因子、细胞极性分裂以及环境因子和植物激素调控气孔发育的机制; 还阐述了单子叶植物玉米(Zea mays)、二穗短柄草(Brachypodium distachyum)和水稻(Oryza sativa)气孔发育方面的研究进展, 并展望了气孔发育的研究方向。     

植物细胞分化过程中DNA甲基化及组蛋白修饰调控研究

在植物发育过程中,除了遗传调控激活或抑制基因表达来促进植物发育过程中细胞分化外,表观遗传学是另外一个重要的、复杂的调控层面,在该过程中通过DNA特异位点的甲基化,组蛋白的翻译后修饰改变染色质的状态,进而时空性调控植物发育调控因子的表达。分化细胞提供了一个研究组蛋白密码如何影响细胞命运功能强大的系统。本研究重点综述了表观遗传调控中DNA甲基化、组蛋白甲基化及组蛋白乙酰化在植物细胞分化中的调控作用。     

胞间连丝与大分子物质的胞间转移

胞间连丝是细胞间细胞器,是细胞间通讯的直接途径。一般认为,胞间连丝允许通过物质的分子量上限(SEL)是800～1000 Da．近年来研究的许多证据表明,胞间连丝的SEL随组织种类及其生理状况而异。在某些情况下,它可以允许大分子物质通过,如病毒运动蛋白与胞间连丝相互作用,使病毒通过胞间连丝转移。玉米突变体 kn1基因异常表达的KN1可使包括表皮在内的各层组织结瘤,KN1是细胞间移动的信息物,P-蛋白可由伴胞通过胞间连丝转移到筛管。某些组织中胞间连丝很高的SEL和发育过程胞间连丝SEL的变化可能在植物发育调控中有重要作用。本文对大分子通过胞间连丝转移的机理进行了讨论。     

胞间连丝研究的进展

胞间连丝为多细胞植物有机体提供了一个直接的细胞间物质运输和信息传递的细胞质通道,把一个个独立的“细胞王国”转变成相互连接的共质体,它是当今细胞生物学中十分活跃的研究领域。日益增多的研究结果揭示,胞间连丝协调基因表达和许多的细胞生理生化过程,对细胞的分裂与分化、形态发生、植物体的生长与发育,以及植物对环境的反应与适应等诸方面都起着十分重要的作用。本文仅就胞间连丝结构的多样性;胞间通道的调节因子;大分子蛋白质和核酸的胞间运输;胞间连丝阻断和共质体分区的形成及其与形态发生、休眠和抗逆性的关系等几个方面的新进展做一个简要的综述,借此例证胞间连丝在植物生命活动中的重要意义。     

胞间连丝研究的进展

胞间连丝为多细胞植物有机体提供了一个直接的细胞间物质运输和信息传递的细胞质通道,把一个个独立的“细胞王国”转变成相互连接的共质体,它是当今细胞生物学中十分活跃的研究领域。日益增多的研究结果揭示,胞间连丝协调基因表达和许多的细胞生理生化过程,对细胞的分裂与分化、形态发生、植物体的生长与发育,以及植物对环境的反应与适应等诸方面都起着十分重要的作用。本文仅就胞间连丝结构的多样性;胞间通道的调节因子;大分子蛋白质和核酸的胞间运输;胞间连丝阻断和共质体分区的形成及其与形态发生、休眠和抗逆性的关系等几个方面的新进展做一个简要的综述,借此例证胞间连丝在植物生命活动中的重要意义。     

植物挥发性有机物合成与代谢途径及其释放与感知调控机制的研究进展CSCD

植物释放的挥发性有机物(biogenic volatile organic compounds,BVOCs)是具有低沸点、易挥发的低分子量亲脂性化合物,在植物发育的整个过程中,它们通常通过不同底物的几个独立途径由不同的酶催化合成,并受关键基因及转录因子等调控代谢,随后在植物细胞内和细胞之间移动而被释放出来,最终作为植物内部信号被植物感知从而进行传递交流,影响着植物各种生理反应。本文对植物BVOCs参与合成及代谢途径的调控机制、释放的细胞生理和理化性质及植物对BVOCs的感知调控进行分析和解读,以期为BVOCs的合成与代谢、释放与被感知机制的进一步研究提供参考。     

WOX转录因子在植物发育中的作用

WOX(WUSCHEL-related homeobox)转录因子与植物发育密切相关,包括植物胚胎发育和体胚发生、花和根发育、愈伤组织的形成和维持,以及干细胞维持等过程。越来越多的研究表明WOX在植物发育过程中扮演着极其重要的角色。WOX调控植物发育的机理研究在促进植物发育以及构建植物良好表型等研究提供了突破口。本文主要对WOX调控植物发育的相关研究进行综述,并结合表观遗传学调控,探讨了WOX调控植物发育的过程,以期为WOX转录因子调控植物的作用机制提供启示。     

植物细胞与细胞间物质转运及其对生长发育的调控

细胞与细胞之间的物质运输和信号传递对于多细胞生物的生长发育非常重要．一些内源的大分子物质如蛋白质、核酸或核酸蛋白质复合体可以选择性地通过植物特有的亚细胞结构即胞间连丝（PD）在细胞之间运输．小分子物质主要以被动的形式在细胞间通过PD进行扩散．PD对蛋白质和核酸的运输具有选择性,这种运输受到严格调控．大分子物质在细胞间的运输对植物的生长和发育有极其重要的调控作用．KN1,STM,SHR,TRY和WER等转录因子在细胞之间的转运对于维持植物的茎尖分生组织、根尖分生组织和表皮细胞功能起重要作用．另外,某些小分子RNA也能够在植物细胞间进行选择性运输,并通过在不同细胞中降解或抑制靶mRNA的翻译来调节植物组织的生长发育．     

胞间连丝与大分子物质的胞间转移

胞间连丝是细胞间细胞器,是细胞间通讯的直接途径。一般认为,胞间连丝允许通过物质的分子量上限（ＳＥＬ）是８００～１０００Ｄａ．近年来研究的许多证据表明,胞间连丝的ＳＥＬ随组织种类及其生理状况而异。在某些情况下,它可以允许大分子物质通过,如病毒运动蛋白与胞间连丝相互作用,使病毒通过胞间连丝转移。玉米突变体ｋｎ１基因异常表达的ＫＮ１可使包括表皮在内的各层组织结瘤,ＫＮ１是细胞间移动的信息物,Ｐ蛋白可由伴胞通过胞间连丝转移到筛管。某些组织中胞间连丝很高的ＳＥＬ和发育过程胞间连丝ＳＥＬ的变化可能在植物发育调控中有重要作用。本文对大分子通过胞间连丝转移的机理进行了讨论。     

植物体内的钙信使系绕

Ca对植物不仅仅是一种大量营养元素,更重要的是作为偶连胞外信号与胞内生理生化反应的第二信使,作为植物代谢和发育的主要调控者。本文介绍了Ca在植物细胞中的分布及其体内平衡机制,以及Ca2+信使系统调控的植物生理生化过程,讨论了外界信号通过Ca2+信使系统的传递和表达过程,Ca2+信使系统对基因表达的可能影响,以及Ca2+信使系统的作用机制,并提出了今后的研究方向。     

热激蛋白对细胞凋亡的调节作用

细胞凋亡是生物发育过程中或在正常生理状态下清除衰老及受损细胞的一种普遍现象。细胞凋亡的发生受胞外或胞内的多种刺激源所诱导,其中热激蛋白是细胞凋亡的调控因子之一。本文着重讨论了热激蛋白在细胞凋亡调节中所发挥的作用。