微丝骨架调控植物特有生理活动的研究进展

微丝骨架参与了真核生物诸多重要的生理活动。真核生物的肌动蛋白均演化自同一祖先基因,在生化特性和调控机制上存在一定的相似性。动物和植物各自特异的生理活动和器官组成,动物和植物细胞中微丝骨架的存在形式、微丝结合蛋白种类及微丝动态调控机制等方面存在一定的差异。该文基于植物特有的生命活动和生理过程,重点归纳和概述了植物微丝骨架在部分植物特异生理活动中的作用机理的研究进展。     

利用激光AFM和TEM探索肌动蛋白体外自装配聚合结构

细胞内肌动蛋白(actin)通过与actin结合蛋白(actin binding proteins,ABPs)相互作用,形成以F-actin为基础多种ABPs参与装配的高度有序的超分子聚合结构,行使各种重要生理功能。在体外聚合条件下,不存在F-actin稳定剂时纯化的actin主要通过自装配形成大尺度的聚集堆积结构;这种表观无序的结构体系由于被认为不具备细胞功能活性而受到忽视。利用激光原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)和透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)技术,对actin体外通过自装配过程形成的大尺度聚集结构进行了细致的观察和分析。研究发现,actin在体外通过自装配过程除了形成无序的蛋白堆积物之外,还能够聚合形成复杂的离散结构,包括树状分支的纤维丛、无规卷曲的纤维簇以及具有不同直径的长纤维等;这些大尺度纤维复合物明显不同于在ABPs或过量F-actin稳定剂参与下形成的由单根微丝和微丝束构成的聚合结构。表明无ABPs或F-actin稳定剂存在的情况下,体外聚合的F-actin在一定条件下可进一步聚集缠绕形成复杂的纤维结构或无序的蛋白堆积物。事实上,actin自装配过程反映了其固有的聚合热力学特性,深入探索将有助于理解ABPs在体内actin超分子聚合结构体系装配中的调控作用及其分子机制。     

微丝骨架调控植物免疫机制的研究进展

植物病害是威胁农业生产的重要因素之一,会造成严重的粮食安全问题以及经济损失.植物对病原微生物的抵抗依赖于自身的先天免疫系统(plant innate immunity),主要包括分子模式触发免疫(pattern-triggered immunity, PTI)和效应因子触发免疫(effector-triggered immunity, ETI)两个层次.研究表明,微丝骨架在植物免疫中扮演重要角色,其通过自身动态重排来应对病原微生物的侵染,破坏宿主微丝会显著降低植物的抗病能力.本文重点介绍了植菌互作过程中的微丝骨架动态、参与调控植物免疫的微丝结合蛋白、调控微丝骨架的上游免疫信号以及微丝骨架动态在植物免疫中的生物学功能等的相关研究,并对微丝调控植物免疫的未来研究方向提出了展望.     

转录调控因子WRKY 超级家族: 起源、结构和功能*

WRKY 蛋白质是一个植物特有的超级转录调控因子家族, 在拟南芥和水稻基因组中分别拥有至少74 个和97 个成员。最古老的WRKY 转录调控因子拥有2 个高度保守的WRKY 结构域, 可能起源于15~ 20 亿年前的真核生物。虽然所有WRKY 蛋白质主要通过特异地结合靶基因启动子区域的W 盒序列而调控其表达, 但各家族成员基因的生物学功能存在着各自的特异性。本文详细总结了WRKY 蛋白质在调控植物发育和逆境诱导反应的信号转导途径建立等方面的分子生物学功能。     

植物TOR激酶响应上游信号的研究进展

雷帕霉素靶蛋白(TOR)是真核生物中高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶, 能整合营养、能量、生长因子及环境信号, 协调细胞增殖、生长和代谢等过程, 是真核生物生长发育的核心调控因子。近年来, 随着相关研究系统的建立, 植物TOR的功能和机制研究取得了众多突破, 发现其进化上保守的生物学功能及植物中特有的信号通路。该文概述了TOR蛋白复合体的构成, 以及植物TOR响应糖、营养元素(氮、磷和硫)、激素及逆境胁迫信号来调控下游基因转录、蛋白翻译、代谢、细胞自噬和胁迫应答等生物学过程的分子机制, 并提出了植物TOR领域一些亟待解决的科学问题, 以期为全面揭示植物TOR的生物学功能提供参考。     

微丝骨架的构成及其对花粉管极性生长的调控作用

微丝骨架是细胞骨架的重要组成部分,它由肌动蛋白和肌动蛋白结合蛋白组成,广泛存在于真核细胞中。近年来,大量研究表明植物花粉及花粉管中存在丰富的微丝骨架。目前,在微丝骨架作为信号转导途径的靶标参与对花粉管极性生长的调控、微丝骨架在花粉和花粉管中的分布及其在花粉管生长过程中与其他信号分子之间的相互作用等方面取得了一系列突破性进展。     

哺乳动物乳汁miRNA的研究进展

作为真核生物体内重要的调控分子,miRNA可存在于包括血清、血浆、唾液、尿液在内的多种动物体液之中。最近的研究表明哺乳动物的乳汁中也分泌miRNA,表明miRNA有可能通过哺乳传递给新生个体,从而调控新生个体发育过程中的某些关键生理、生化途径,协助其正常发育。这一发现很可能揭开了哺乳动物世代间miRNA进行功能基因表达调控的研究序幕。文章对哺乳动物乳汁中miRNA的发现过程,这些miRNA在乳汁中的存在形态及其分离技术,以及其中数个重要miRNA的已知功能作简要概述,并探讨了相关的后续研究任务及其面临的挑战。     

植物细胞亲环素研究进展

亲环素（cyclophilin,CyP）是能够与免疫抑制药物环孢霉素A（cyclosporine A,CsA）特异结合的、高度保守的一个蛋白家族,广泛存在于细菌、酵母、植物和动物等各种有机体中。在高等植物中存在多种同工型亲环素,它们位于细胞浆、细胞核、线粒体和叶绿体等不同亚细胞分室中,参与多种重要的生理生化过程。本文从亲环素的发现、结构特点、生化特性及生物学功能等方面进行综述,并对植物亲环素研究前景进行了讨论。     

活性氧调控植物细胞自噬的研究进展

真核生物通过双层膜结构包裹细胞内受损的蛋白、细胞器或外源物质, 经溶酶体(或液泡)将内含物降解并进行循环利用, 这种高度保守的生物学过程称为自噬。活性氧是细胞有氧代谢的副产物, 作为一种信号分子广泛参与不同生物学过程的调控。研究表明, 真核生物中自噬与活性氧之间存在密切联系。该文结合近年的研究进展, 对植物细胞中活性氧的种类及作用和自噬的分子机制等进行概述, 旨在探讨活性氧对自噬的调控作用。     

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。     

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。     

拟南芥保卫细胞微丝骨架的解聚可能参与了细胞外钙调素诱导的气孔关闭

细胞外钙调素(CaM)在植物的许多生理活动中都执行着重要功能, 但它对气孔运动的作用及其调控机制, 人们了解的很少. 以模式植物拟南芥为材料, 研究了细胞外CaM在保卫细胞壁上的存在及其对气孔运动的调控机制. 结果表明, 拟南芥保卫细胞壁中存在有分子量为17 kD的CaM, 并应用W7-琼脂糖和CaM抗血清初步证明了保卫细胞壁中存在的CaM可能具有促进气孔关闭和抑制气孔开放的作用. 在应用外源CaM诱导气孔关闭的实验中, 保卫细胞微丝骨架由长而呈辐射状分布的聚合态逐步解聚, 气孔开度也随着降低. 药理学实验结果表明, 保卫细胞微丝骨架的解聚能明显地促进外源CaM诱导的气孔关闭, 而微丝骨架的聚合则抑制这一过程. 研究结果还表明, 外源CaM能诱导保卫细胞[Ca²⁺]_cyt升高; 当使用Ca²⁺螯合剂EGTA时, 外源CaM诱导的[Ca²⁺]_cyt升高和气孔关闭运动均受到抑制. 为此推测细胞外CaM可能是通过诱导保卫细胞[Ca²⁺]_cyt升高, 导致微丝骨架的解聚, 进而促进气孔的关闭运动.     

Sirtuins与PARP-1在细胞凋亡过程中的相互作用

哺乳动物Sirtuins家族目前共发现7个成员：SIRT1～SIRT7,它们均为NAD+依 赖性且从细菌到人类都保守的一类酶.人们已经对这7种去乙酰化酶进行了亚细胞定位 .目前,对其研究主要集中在对细胞发育相关的重要转录因子如p53、FOXO家族及相关 蛋白的去乙酰化修饰.Sirtuins对许多生理过程有着重要的调节作用,尤其是当发现 它们对寿命延长的调控作用后,Sirtuins引起了人们极大的关注,且都发表在世界顶 级刊物上.聚ADP核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase, PARP)是一类存在于大多 数真核细胞中的蛋白质翻译后修饰酶,尤其是聚ADP核糖聚合酶1(PARP-1)在细胞内 DNA损伤修复等过程中起着重要作用,该酶同样以NAD+作为催化反应的底物.有研究发 现,Sirtuins家族成员与PARP-1在细胞内某些重要生理过程中存在着相互作用.本文评 述了Sirtuins家族成员、PARP-1的生物学特点,并就其参与哺乳动物细胞凋亡的调控 机制和相关信号通路进行了详细的论述,以期对Sirtuins家族成员、PARP-1生物学功 能及其相互作用的研究提供理论指导.     

选择性多聚腺苷酸化的生物学效应及其调控机制研究进展

真核生物基因的前体mRNA(pre-mRNA)及一些lncRNA在成熟过程中其3'端会发生剪切和多聚腺苷酸化反应(cleavage and polyadenylation, C/P),C/P的发生需要多聚腺苷酸化信号(polyadenylation signal, PAS)的存在。选择性多聚腺苷酸化(alternative cleavage and polyadenylation, APA)是指具有多个PAS的基因,在其mRNA3'端成熟过程中,由于选择不同的PAS,导致产生出多个3'UTR长度和序列组成不同的转录异构体。3'UTR长度和序列的不同会影响mRNA的稳定性、翻译效率、运输和细胞定位等,因此APA是真核生物的一个重要转录后调控方式。近年来,对大量动物、植物及酵母的基因组测序分析发现,APA在真核生物广泛存在,针对APA的生物学效应和调控机制开展了一系列研究。目前已鉴定出许多APA调控的顺式调控元件和反式作用因子。本文重点介绍了APA生物学效应和调控机制的最新研究进展,并探讨了未来APA调控的研究方向。     

植物可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子连接物复合体(SNAREs)及其生物学功能研究进展

在真核生物细胞中, 各细胞器间物质和信息的交流是细胞生命活动的基本保证, 而囊泡转运是细胞器之间物质和信息交流的主要方式。大多数的囊泡融合过程是由可溶性的N-乙基马来酰亚胺敏感因子连接物复合体(Soluble N-ethyl-maleimide-sensitive fusion protein attachment protein receptors, SNAREs)介导的, 物种间的SNAREs具有高度保守的特性。与其他真核生物相比, 植物的基因组编码更多的SNAREs。研究证明, 植物的SNAREs是一个多功能的蛋白家族, 在植物的许多生理过程中都有着重要的作用。本文对植物SNAREs作用的分子机理及生物学功能的最新研究进展做一概述。     

拟南芥COPT家族蛋白研究进展

铜(Cu)是植物必需的微量元素, 作为多种酶的辅因子参与许多植物生理生化反应。Cu缺乏和过量均影响植物正常生长发育, 因此植物进化出精妙复杂的调控网络来严格控制植物体内的Cu含量。植物Cu转运蛋白COPT家族成员与Cu有很高的亲和力, 能够调节植物对Cu的吸收和转运, 在维持植物体内Cu稳态平衡过程中发挥重要作用。COPT蛋白涉及不同的Cu转运功能, 如从外界环境中摄取Cu、从细胞器中输出Cu、长距离运输Cu以及在不同器官间动用和再分配Cu。此外, COPT蛋白在其它离子的稳态平衡维持、昼夜节律性生物钟调控、植物激素合成和植物对激素信号的感受过程中也发挥重要作用。该文综述了模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana) COPT家族各成员的表达和定位、调控机制以及生物学功能等方面的最新进展。     

植物NAC转录因子

NAC转录因子是植物特有的一类转录因子,在整个植物王国中广泛存在。该家族成员在其N端具有一个保守的大约由150个氨基酸组成的NAC结构域,c端具有一个高度变异的转录激活区。已有的研究表明,NAC转录因子在植物多种发育以及信号转导过程中起作用。本文就植物NAC转录因子的基本结构特征、生物学功能和表达调控的研究进展进行介绍。     

拟南芥COPT家族蛋白研究进展

铜(Cu)是植物必需的微量元素, 作为多种酶的辅因子参与许多植物生理生化反应。Cu缺乏和过量均影响植物正常生长发育, 因此植物进化出精妙复杂的调控网络来严格控制植物体内的Cu含量。植物Cu转运蛋白COPT家族成员与Cu有很高的亲和力, 能够调节植物对Cu的吸收和转运, 在维持植物体内Cu稳态平衡过程中发挥重要作用。COPT蛋白涉及不同的Cu转运功能, 如从外界环境中摄取Cu、从细胞器中输出Cu、长距离运输Cu以及在不同器官间动用和再分配Cu。此外, COPT蛋白在其它离子的稳态平衡维持、昼夜节律性生物钟调控、植物激素合成和植物对激素信号的感受过程中也发挥重要作用。该文综述了模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana) COPT家族各成员的表达和定位、调控机制以及生物学功能等方面的最新进展。     

植物类受体激酶CrRLK1-L亚家族及其生物学功能

植物CrRLK1-L亚家族类受体激酶的胞外域具有新颖结构基序,但功能大都未知.该家族成员广泛存在于被子植物中,但在动物和微生物中不存在其同源物.CrRLK1-L家族成员相对较少,但组织表达非常广泛.它们定位于细胞质膜上,并且部分成员的定位还具有极性,这与其参与雌雄配子体的识别和受精作用密切相关.该家族成员普遍具有激酶活性,该活性对其功能的发挥至关重要.目前仅报道在拟南芥中参与助细胞与花粉的识别和调控营养组织的细胞伸长,但参与这些生物学过程的作用机制似乎独立于已知的信号通路之外,可能有自身独特的信号传导机制.所以对这一类具特有结构基序的类受体激酶基因的功能研究,将有助于解析植物特有生物学过程的分子作用机制,特别是在植物有性生殖过程中,合理利用这些分子开展育种实践对未来农业生产具有潜在的应用价值.     

调控细胞衰老的胞外环境和胞内因子

衰老是一个多因素调控的不可逆的复杂生命过程,受多种胞外环境和胞内因子影响,表现为胞内组分损伤的积累和生物学功能的逐步退化。随着近年来对衰老研究的不断深入,一些衰老调控分子机制逐渐被揭开。研究显示,许多衰老调控相关的信号通路从单细胞真核生物酵母到哺乳动物是高度保守的。事实上,从简单真核生物酵母中获得的衰老调控机制,可为包括人类在内的高等生物的衰老研究提供极具价值的参考。本综述主要以单细胞真核生物酵母为对象,从胞外环境和胞内因子两方面,阐述调控衰老的相关因素及其调控机制,最后结合衰老研究现状展望了衰老研究的前景,为延缓高等生物衰老和衰老相关疾病的发生发展提供参考。