钙—钙调素信号系统与环境刺激

植物抗逆研究已有很大进展,但传递各种外界刺激的信号通路仍未可知,目前已有一些研究发现很多环境刺激与钙－钙调素系统有关,Ca^2 信号系统是很重要的一种信号途径,CaM是目前已知的胞内Ca^2 信号受体中最重要的一种,参与了多种生理活动的调节,在热激领域中,研究者已提出Ca^2 -CaM系统可能参与了热激反应,在基因调节水平,转录水平,蛋白水平均有Ca^2 和CaM参与热激的证据,其它环境刺激也能引起植物体内Ca^2 和CaM的一系列变化,这为研究各种环境刺激可能的信号通路提供了基础和依据。     

植物免疫应答过程中 Ca2 ＋及 CaM/CML 的功能

钙离子是一个多功能的第二信使,在植物响应各种生理刺激时,Ca2＋参与调节植物的多种生长发育和胁迫适应过程。在这些过程中,Ca2＋信号带有特异性标签,通过Ca2＋结合蛋白及其下游靶蛋白感知不同刺激并翻译成响应的细胞反应。钙调素（CaM）和钙调素类蛋白（CML）是Ca2＋主要感受器,通过调节不同靶蛋白的活性调控多种细胞功能。最近在植物对抗病原菌的防卫反应中有关Ca2＋／CaM信号转导系统的研究取得了一定进展。重点关注植物免疫应答过程中受CaM／CML调控的信号组分的研究,包括参与Ca2＋信号产生和Ca2＋依赖的表达基因组分调控。     

钙-钙调素信号系统参与热激信号转导的研究

根据作者实验室的研究工作结合国内外的研究动态讨论热激信号转导的Ca2 -CaM途径。作者实验室的工作表明,钙一钙调素(Ca^2 -CaM)信号系统参与植物热激信号转导。激光共聚焦扫描显微镜的观察结果表明,37℃热激可引起小麦胞内自由Ca。’浓度迅速提高。在Ca^2 存在条件下,热激也引起小麦CaM基因CaM1-2表达及CaM蛋白含量增加。Ca^2 可促进小麦热激基因hsp26和mp70表达和热激蛋白合成,而Ca^2 螯合剂EGTA、Ca^2 通道阻断剂异搏定和LaCl3、CaM抑制剂W7、TFP和CPZ明显降低热激基因hsp26和mp70表达和热激蛋白合成。EGTA、异搏定、TFP或CPZ也阻止小麦耐热性的获得。小麦CaM基因与热激基因的表达动力学研究表明CaM位于热激信号转导的上游,而Ca^2 是启动热激反应的胞内关键因子。凝胶阻滞分析的结果表明,Ca^2 -CaM在热激信号转导中的作用是通过激活热激转录因子的DNA结合活性来实现的。根据大量实验证据,作者提出在植物细胞内存在一条新的热激信号转导途径——钙一钙调素途径。     

植物体内Ca2+信号转导过程的研究进展

Ca2+是高等植物细胞内普遍存在的一种信使分子,在植物体内起着非常广泛的作用,参与了植物体内多种刺激-反应的藕联过程。本文介绍了植物体内Ca2+转移系统,Ca2+信号的产生、终止和传递途径,Ca2+信号编码的多样性的最近研究进展。     

钙调素及其结合蛋白BP-10对类囊体膜蛋白磷酸化的作用

报道光诱导的内源类囊体膜蛋白的磷酸化可被一种新的植物钙调素(Calmodulin ,CaM )结合蛋白BP 1 0 (CaMBP -1 0 )显著抑制 ,并且抑制作用能被外加CaM消除 .同时 ,此磷酸化反应也可被EGTA和CaM拮抗剂TFP(trifluoperazine)及W 7(N ( 6 aminohexyl) -5- chloro -1 naphthalenesulfonamide)抑制 .提示 :( 1 )Ca ²⁺和CaM可能参与并调节植物光合作用 ;( 2 )催化类囊体膜蛋白磷酸化的激酶可能受Ca ²⁺和CaM调控 .进一步实验表明BP -1 0对类囊体膜蛋白的脱磷酸化作用无任何影响 .     

植物钙/钙调素介导的信号转导系统

钙离子(Ca²⁺)是一种重要的第二信使, 参与调节植物的生长发育和对环境的适应。钙调素(CaM)和类钙调蛋白(CML)是一类最主要的Ca²⁺感受器, 虽然其自身没有催化活性, 但可通过调节下游靶蛋白的活性, 进而调控细胞的各种生理活动。该文总结了植物体内CaM结合蛋白(CBP)的生理功能、鉴定方法和调控机理, 以及CaM介导的信号转导途径, 包括蛋白磷酸化与去磷酸化、基因转录、离子运输、活性氧代谢、激素和磷脂信号等, 并对今后的研究方向进行了展望。     

植物ICE1-CBF冷反应通路的激活与调控研究进展

植物细胞可能是通过细胞膜流动性的改变引起胞质Ca2+浓度变化来感受低温信号的。胞质Ca2+浓度升高引起胞内多种钙调节蛋白的活性变化,再经过级联反应激活冷反应基因,增强植物的抗低温能力。目前,已基本清楚,冷反应基因激活的一条主要途径是ICE1-CBF调节通路。概括介绍了近年来植物低温信号感受、转导、冷反应基因的表达激活和调节方面的研究概况,旨在为植物冷驯化的进一步研究奠定理论基础。     

非生物逆境胁迫下植物钙信号转导的分子机制

Ca2+作为植物细胞中最重要的第二信使, 参与植物对许多逆境信号的转导。在非生物逆境条件下, 植物细胞质内的钙离子在时间、空间及浓度上会出现特异性变化, 即诱发产生钙信号。钙信号再通过其下游的钙结合蛋白进行感受和转导, 进而在细胞内引起一系列的生物化学反应以适应或抵制各种逆境胁迫。目前在植物细胞中发现Ca2+/CDPK、Ca2+/CaM和Ca2+/CBL 3类钙信号系统, 研究表明它们与非生物逆境胁迫信号转导密切相关。本文通过从植物在非生物逆境条件下钙信号的感受、转导到产生适应性和抗性等方面, 介绍钙信号转导分子机制的一些研究进展。     

钙离子在植物抵抗非生物胁迫中的作用

钙离子(Ca2+)是植物生长发育所必需的一种大量元素,它同时作为重要信使参与调节植物对环境胁迫的抗逆过程。本文综述了钙离子相关的植物抗逆研究领域最新进展,如Ca2+调节胞内[Na+]/[K+]、调节胞内脱落酸(abscisic acid,ABA)浓度、稳定细胞壁及细胞膜、识别Ca2+/Ca2+依赖蛋白激酶系统以及起始抗逆基因转录,为后续植物细胞Ca2+在环境胁迫下的浓度、分布的实时变化等研究提供一定的基础支撑。     

高温胁迫及其信号转导

高温是影响当前农业生产重要的不利环境因素之一。本文综述了4种信号分子脱落酸(ABA),Ca2+,水杨酸(SA),茉莉酸(JA)对高温胁迫的响应以及它们的相互关系,高温胁迫能够诱导ABA,Ca2+,SA的含量升高,并且通过外施ABA,Ca2+,SA,JA都能提高植物的抗热性。作为胞内第二信使,外源Ca2+能够提高植物超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT)以及抗坏血酸氧化酶(APX)的活性,且能提高钙调蛋白水平。ABA诱导的抗热性受胞质游离的Ca2+介导。SA被认为是对胁迫反应所必需的信号分子,H2O2很可能是信号转导链的一部分。JA和ABA在生理功能上有很多相似之处,JA独自或通过提高ABA含量来起作用,JA和SA有不同的生理功能,也有相同的(不过它们的信号转导途径可能不同),最后,提出了今后高温胁迫信号转导研究的一些思路。     

钙在植物乙烯生成及信号传递中的生理作用

Ca2+对植物乙烯生成的调节与作用位点有关,胞外Ca2+在维持质膜功能的同时,抑制乙烯生成,延缓衰老;过量Ca2+进入胞质,胞内Ca2+促进乙烯生成和衰老。内源CaM与乙烯生成关系密切,介入了乙烯代谢和外源激素对乙烯的调控。此外,Ca2+是乙烯信号传递所必需的。     

Ca2+/calmodulin stimulates GTP binding to the ras-related protein ral-A.

Ral-A is a Ras-related GTP-binding protein that has been suggested to be the downstream target of Ras proteins and is involved in the tyrosine kinase-mediated, Ras-dependent activation of phospholipase D. We reported recently that Ral-A purified from human erythrocyte membrane binds to calmodulin in a Ca2+-dependent manner at a calmodulin binding domain identified near its C-terminal region (Wang, K. L., Khan, M. T., and Roufogalis, B. D. (1997) J. Biol. Chem. 272, 16002-16009). In this study we show the enhancement of GTP binding to Ral-A by Ca2+/calmodulin. The stimulation up to 3-fold by calmodulin was Ca2+-dependent, with half-maximum activation occurring at 180 nM calmodulin and 80 nM free Ca2+ concentration. The present work supports a regulatory role of Ca2+/calmodulin for the activation of Ral-A and suggests a possible direct link between signal transduction pathways of Ca2+/calmodulin and Ral-A proteins.     

玉米根尖细胞液泡膜结合的蛋白激酶的存在及其性质

为了解液泡膜蛋白在植物细胞信号途径中的功能,用新型的非放射性同位素方法从玉米根细胞的高纯度液泡膜上鉴定出一种膜内在的蛋白激酶.这种蛋白激酶具有Ca2+依赖、CaM和磷脂酰丝氨酸不依赖等特性,与已在多种植物中报道的含有类似钙调素结构域的蛋白激酶CDPK相似.离体实验表明其活性的最适pH值为6.5,最适Ca2+浓度为10 μmol/L.从最适pH值和去污剂的影响可以推测出其活性位点朝向胞质一侧.Zn2+对其活性没有明显的抑制作用,说明该激酶缺少某些哺乳动物的蛋白激酶常含有的锌指结构.当液泡膜蛋白在Ca2+和ATP存在的条件下被预磷酸化后,液泡膜H+-ATPase的ATP水解和质子转运过程均被激活.激活的活性可以被碱性磷酸酶逆转.以上结果说明玉米根尖细胞的液泡膜中存在一种可能是CDPK的蛋白激酶.由它造成的Ca2+依赖的磷酸化作用激活了液泡膜H+-ATPase的活性.这些结果将有助于深入研究CDPK在植物细胞信号转导中的功能.     

保卫细胞钙信号的研究进展

钙(Ca2+)是多种信号途径的第二信使。Ca2+成像技术的成熟和发展为显示保卫细胞胞 质Ca2+浓度（［Ca2+］cyt）的分布及外界刺激引起［Ca2+］cyt的变化模式提供了很好的研究工具,关于细胞内外Ca2+库释放Ca2+的机制也有了较清楚的认识。拟南芥突变体的研究使Ca2+ 信号上游分子及其排序更加明确,［Ca2+］cyt增加下游的磷酸化和去磷酸化 过程也是气孔关闭必需的生理过程。     

胞膜窖与钾离子通道

胞膜窖（caveolae）是细胞质膜内陷形成的凹陷小窝,参与细胞内多种重要的生理活动的调节.近年研究表明,电压门控钾离子通道、钙离子 激活的电压门控钾离子通道和ATP敏感的钾离子通道等多种钾离子通道家族 成员的功能调节与胞膜窖有关.本文概括介绍了胞膜窖和钾离子通道调节关系的研究进展．     

Sugar sensing and Ca2+-calmodulin requirement in Vitis vinifera cells producing anthocyanins

We have previously reported that sucrose modulates anthocyanin biosynthesis in cell suspension cultures of Vitis vinifera L. The main role of sugar in this response does not seem to be that of general carbohydrate source for the supply of energy. In the present work, a number of pharmacological agents were used to further investigate the components of the signal transduction pathway involved in the induction of anthocyanin biosynthesis by sugar. We found that the phosphorylation of hexose by hexokinase, but not its transport, has to be taken into account for the sucrose signal transduction leading to anthocyanin accumulation. Indeed, 3-O-methylglucose, a glucose analog transported into cells but not phosphorylated by hexokinase, has no effect on anthocyanin production. Mannose mimics the effect of sucrose in grape cells, and mannoheptulose, a specific inhibitor of hexokinase, reduces the accumulation of anthocyanins in response to sucrose. The results with the two latter analogs are discussed. Ca2+ channel blockers, verapamil and LaCl3, which were used to investigate the role of extracellular Ca2+, all inhibited the sugar response. Ca2+ depletion by pretreatment with ethylene glycol bis (beta-aminoethylether)-N,N,N',N'-tetraacetic acid (EGTA) also blocked the sugar response, which was partially recovered when Ca2+ was added exogenously after Ca2+ depletion. The use of two potent calmodulin antagonists, N-(6-aminohexyl)-5-chloro-1-naphtalenesulphonamide (W7) and chlorpromazine, showed that calmodulin is involved in the sugar signal transduction. A protein kinase inhibitor, 6-dimethylaminopurine (6-DMAP), and the protein phosphatase inhibitors, endothall and cantharidin, also inhibited the sugar response. The results of the present study suggest the involvement of several components of general signal transduction pathways such as Ca2+, calmodulin, and protein kinases phosphatases in the induction of anthocyanin biosynthesis by sugar.     

蛋白质可逆磷酸化调节植物细胞离子跨膜运动研究进展

蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化的可逆磷酸化是植物细胞中多种信号转导途径中重要的组成因子.本文对蛋白质可逆磷酸化通过调节多种离子跨膜运动而参与植物细胞激发子信号途径、毒性物质诱导的钙离子内流、盐胁迫适应、气孔运动以及蛋白质可逆磷酸化参与胞外与胞内之间Ca2 状况信息传递,调节花粉管顶端Ca2 离子通道活性进行综述,以揭示蛋白质可逆磷酸化在植物细胞离子跨膜运动中的调控作用,为蛋白质可逆磷酸化调节植物生长发育、响应逆境胁迫等机理的研究提供参考.     

Crystal structure of a MARCKS peptide containing the calmodulin-binding domain in complex with Ca2+-calmodulin

The calmodulin-binding domain of myristoylated alanine-rich C kinase substrate (MARCKS), which interacts with various targets including calmodulin, actin and membrane lipids, has been suggested to function as a crosstalk point among several signal transduction pathways. We present here the crystal structure at 2 A resolution of a peptide consisting of the MARCKS calmodulin (CaM)-binding domain in complex with Ca2+-CaM. The domain assumes a flexible conformation, and the hydrophobic pocket of the calmodulin N-lobe, which is a common CaM-binding site observed in previously resolved Ca2+-CaM-target peptide complexes, is not involved in the interaction. The present structure presents a novel target-recognition mode of calmodulin and provides insight into the structural basis of the flexible interaction module of MARCKS.