Ca2+在植物细胞对逆境反应和适应中的调节作用

钙离子(Ca2+ )信号在植物的生长发育及其对环境的反应和适应中起着十分重要的作用。本文对Ca2+在植物细胞对低温、干旱和盐渍化逆境的反应和适应中的调节功能作一概述, 论述的主要问题包括: (1)Ca2+的亚细胞定位与分布, 细胞内Ca2+相对低水平的稳态平衡是Ca2+信号发生的基础; (2)Ca2+信号的优越性及其发生与传递; (3)Ca2+充当低温信号的传递者诱导抗寒锻炼和基因表达; (4)细胞内高水平Ca2+持久性调控越冬木本植物的生理休眠; (5)Ca2+对干旱、盐渍化及其渗透胁迫的调节作用; (6)Ca2+参与气孔开关运动的调节; (7)Ca2+参与逆境中细胞壁加厚和加固的调节。     

细胞内自由钙离子浓度的测定方法

钙离子不仅是植物生长发育所必需的 1种大量元素 ,而且在植物的信号传导中起重要作用。钙离子作为一种第二信使把外源信号 (激素、光、重力、温度等 )转变成胞内信号 ,导致一系列胞内事件的发生。大量的研究表明 ,Ca2 +的信使功能是通过调控细胞内游离 Ca2 +浓度来实现的。 Ca2 + 信号的产生和终止是细胞内 Ca2 + 增减、波动的结果。因此测定细胞溶质中的 Ca2 +浓度是十分重要的。从理论上讲 ,测定细胞内 Ca2 + 浓度的方法应符合如下要求 :首先 ,所使用的 Ca2 +指示剂必须对 Ca2 +有很强的专一性 ;其次 ,是灵敏度高 ,能够测定低浓度的Ca…     

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。Ca2+信号系统是很重要的一种信号途径,CaM是目前已知的胞内Ca2+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Ca2+ 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Ca2+和CaM参与热激的证据。其它环境刺激也能引起植物体内Ca2+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。     

植物细胞Ca2+荧光蛋白指示剂研究进展

Ca2+作为第二信使参与了植物生长和发育过程的调控,不同生物和非生物胁迫信号均可诱导胞内Ca2+变化.对Ca2+在信号转导作用中的认识主要来自于细胞内Ca2+浓度测定.水母发光蛋白和基于荧光蛋白的Ca2+荧光指示剂作为检测细胞Ca2+信号的手段是近年发展起来的新方法.本文综述了水母发光蛋白和基于荧光蛋白的Ca2+荧光指示剂的发展、测量原理、优点与不足及其在细胞Ca2+信号转导中的应用研究进展.     

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。     

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。     

植物中CBL-CIPK途径转导特异Ca~(2+)信号的分子机制

Ca2+作为植物中普遍存在的第二信使,其信号传感器CBL(calcineurin B-like protein)及与CBL互作的蛋白CIPK(CBL-interacting protein kinase)所构成的CBL-CIPK信号转导途径在转导特异Ca2+信号过程中起重要的作用。由于植物同时受多种复杂环境因素影响,因此必须同时对各种复杂因素作出响应并转导并存的信号。CBL和CIPK在结构、表达以及功能上的特异性构成了CBL-CIPK途径能够转导特异Ca2+信号的分子基础。本文在介绍CBL、CIPK的基础上,着重对其组合成的CBL-CIPK途径转导特异Ca2+信号的分子机制进行综述。     

重组水母发光蛋白及其在植物钙离子信号检测中的应用

重组水母发光蛋白作为检测植物细胞钙信号的手段是近十几年发展起来的新方法,该文介绍了重组水母发光蛋白作为Ca2+检测探针的发展过程、测钙原理、Ca2+浓度检测方法、Ca2+浓度换算方法、优点与不足、及在植物细胞钙离子信号检测中的研究进展。并利用国外实验室提供的方法在国内首次得出冷激条件下植物细胞内细胞质中([Ca2+]cyt)和液泡膜附近([Ca2+]md)钙离子浓度动力学变化曲线。     

电刺激引发骨骼肌细胞钙振荡对nAChRγ启动子活性的影响

利用不同电刺激条件模拟神经电活动 ,研究C2C12细胞 (小鼠骨骼肌成肌细胞系 )内Ca2 + 激活的不同形式及其对nAChR基因表达活性的影响 .电刺激分化 1d的C2C12细胞 ,用共聚焦显微镜记录不同电刺激参数引起的细胞内Ca2 + 信号变化 ,共观察到 3种不同形式的Ca2 + 信号 ,称之为整体Ca2 + 振荡、局部Ca2 + 振荡和局部Ca2 + 振荡诱发的整体Ca2 + 振荡 .在此基础上 ,又构建nAChRγ亚基启动子萤光素酶报告基因质粒并转染C2C12细胞 ,进一步检测不同形式Ca2 + 引起细胞萤光素酶活性的变化 ,测定细胞内PKC活性的改变 .不同Ca2 + 振荡引起细胞内PKC活性升高幅度不同 ;电刺激C2C12细胞可导致nAChRγ基因表达活性降低 ,3种Ca2 + 振荡对nAChRγ基因启动子活性的影响无显著差异 .结果表明 ,电刺激可引起肌细胞产生不同形式Ca2 + 信号 ,但不同形式Ca2 + 信号对nAChRγ启动子活性的抑制无明显差异 ,提示Ca2 + 依赖的PKC途径可能不是nAChR基因表达下调的唯一途径     

3-羰基辛酰基高丝氨酸内酯诱导拟南芥根细胞Ca~（2＋）内流

N-酰基高丝氨酸内酯（AHLs）是革兰氏阴性细菌群体感应系统（QS）中的胞间通讯信号分子。近年的研究表明AHLs可以调控植物生长发育及防卫反应,但其调控机制尚不清楚。本研究以拟南芥为材料,采用3-羰基辛酰基高丝氨酸内酯（3OC8-HSL）处理转水母发光蛋白基因的拟南芥幼根细胞,利用冷光仪检测3OC8-HSL对拟南芥根细胞中胞质游离Ca2＋浓度（[Ca2＋]cyt）变化的影响,同时采用Ca2＋专一性螯合剂EGTA和Ca2＋通道抑制剂预处理转基因拟南芥根细胞,用全细胞膜片钳技术分析3OC8-HSL诱导拟南芥根细胞中[Ca2＋]cyt升高的Ca2＋来源。结果表明,3OC8-HSL可诱导拟南芥根细胞中[Ca2＋]cyt瞬时升高。这种诱导效应可被EGTA、异搏定（verapamil）、LaCl3所抑制,但LiCl预处理对这种诱导效应无影响。膜片钳分析结果显示,3OC8-HSL可激活质膜Ca2＋通道,增加胞外Ca2＋内流。说明细菌AHLs可诱导植物Ca2＋信号产生,且这种Ca2＋信号主要源于胞外Ca2＋内流,暗示Ca2＋信使系统参与植物对细菌QS信号的响应。     

Mitochondria determine the sequential propagation of the calcium macrodomains revealed by the super-resolution calcium lantern imaging

Despite the wide application of super-resolution(SR) microscopy in biological studies of cells, the technology is rarely used to monitor functional changes in live cells. By combining fast spinning disc-confocal structured illumination microscopy(SD-SIM)with loading of cytosolic fluorescent Ca~(2+) indicators, we have developed an SR method for visualization of regional Ca~(2+) dynamics and related cellular organelle morphology and dynamics, termed SR calcium lantern imaging. In COS-7 cells stimulated with ATP, we have identified various calcium macrodomains characterized by different types of Ca~(2+) release from endoplasmic reticulum(ER) stores. Finally, we demonstrated various roles of mitochondria in mediating calcium signals from different sources; while mitochondria can globally potentiate the Ca~(2+) entry associated with store release, mitochondria also locally control Ca~(2+) release from the neighboring ER stores and assist in their refilling processes.     

红光对绿豆下胚轴线粒体Ca~(2+)积累、ATPase及NAD激酶活性的影响

绿豆下胚轴切段经红光处理后10min,其线粒体的Ca~(2+)积累下降15％,Ca~(2+)-ATPase 及 Mg~(2+)-ATPase活性也分别下降29％和10％,切段CaM含量增加近1倍。Ca~(2+)存在时,红光能促进线粒体NAD 激酶活性。说明Ca~(2+)-ATPase及一部分Mg~(2+)-ATPase可作为钙泵控制Ca~(2+)进入线粒体。     

血管紧张素Ⅱ增加新生鼠脑细胞胞浆Ca~(2+)浓度

本文应用荧光钙测定技术观察了血管紧张素Ⅱ(AⅡ)对新生Wistar鼠脑细胞胞浆Ca~(2+)浓度([Ca~(2+)]_i)的影响。结果表明:血管紧张素Ⅱ在1nmol/L—1μmol/L浓度下可诱导新生鼠脑细胞[Ca~(2+)]_i增加,具量效关系。在无外Ca~(2+)存在对,其增加幅度有所减少。上述效应可被血管紧张素Ⅱ拮抗剂Saralasin所阻断,并呈剂量依赖关系。上述结果提示,血管紧张素Ⅱ可激活血管紧张素AⅡ受体,增加脑细胞[Ca~(2+)]_i,该效应通过细胞内Ca~(2+)释放和细胞外Ca~(2+)内流两条适径实现,前者的作用是主要的。     

内皮素对离体大鼠心肌细胞的影响

本文应用离体成年大鼠心肌细胞,研究内皮素作用的细胞机制,发现10~(-9)—10~(-7)mol/L内皮素可引起心肌细胞挛缩、胞浆乳酸脱氢酶漏出和细胞总钙量增加,且具有剂量-效应关系。内皮素可促进~(45)Ca内流,其作用为钙通道阻断剂维拉帕米所拮抗。预先用负载荧光染料Fura-2的心肌细胞与内皮素孵育,可见胞浆游离钙显著增加,其作用亦可为维拉帕米抑制。结果提示:内皮素主要通过电位依赖的钙通道促进心肌细胞Ca~(2+)内流,产生其生物学效应。     

Calcium imaging in Arabidopsis pollen cells using G-CaMP5

Calcium(Ca~(2+)) signaling has been implicated in pollen germination and pollen tube growth. To date,however, we still know very little about how exactly Ca~(2+) signaling links to various physiological subcellular processes during pollen germination and pollen tube growth.Given that Ca~(2+) signaling is tightly related to the cytosolic concentration and dynamics of Ca~(2+), it is vital to trace the dynamic changes in Ca~(2+) levels in order to decode Ca~(2+) signaling. Here, we demonstrate that G-Ca MP5 serves well as an indicator for monitoring cytosolic Ca~(2+) dynamics in pollen cells. Using this probe, we show that cytosolic Ca~(2+) changes dramatically during pollen germination, and, asreported previously, Ca~(2+) forms a tip-focused gradient in the pollen tube and undergoes oscillation in the tip region during pollen tube growth. In particular, using G-CaMP5 allowed us to capture the dynamic changes in the cytosolic Ca~(2+) concentration([Ca~(2+)]_(cyt)) in pollen tubes in response to various exogenous treatments. Our data suggest that G-CaMP5 is a suitable probe for monitoring the dynamics of[Ca~(2+)]_(cyt) in pollen cells.     

败血症休克时心肌和心肌线粒体钙转运的变化

本实验在离体灌流败血症休克大鼠心脏模型上,观察到晚期败血症休克时,心肌和心肌线粒体钙含量分别增加190和332(P0.01),~LCa摄入量增加208和178。(P0.01),心肌钙释放量无明显变化 用10mol/L降钙素基因相关肽(CGRP)或10mol/L心房钠尿肽(ANP)灌流离体心脏明显减轻休克时心肌和心肌线粒体的钙超负荷,体外实验观察线粒体摄钙储备的能力,休克时心肌线粒体最大摄钙量减少31.6,摄钙速率降低33％,(P0.01)结论认为,晚期败血症休克,心肌净钙流入量显著增加和线粒体钙转运能力降低导致其对胞浆钙缓冲能力减弱是心肌细胞钙超负荷发生的重要环节CGRP,ANP可显著减轻休克时心肌和线粒体钙超负荷,在休克过程中可能对细胞有保护意义。     

白介素1β对培养的大鼠皮层神经元钙通道电流的抑制作用

白细胞介素1β（IL-1β）是重要的促炎细胞因子,在中枢神经系统（CNS）中发挥广泛的生物学功能。在病理条件下,细胞膜上电压门控钙通道的变化与疾病发展过程密切相关。虽然IL-1β和钙通道都在脑损伤和脑疾病过程中发挥重要作用,但目前还很少有两者之间相互关系的研究报道。该研究使用了培养的大鼠胎鼠皮层神经元和膜片钳记录技术,研究了长时间的IL-1β处理对电压门控钙通道电流的作用。结果表明,IL-1β在10和50 ng/mL剂量下都可以抑制钙电流,这种抑制作用具有时间和剂量依赖性的模式,并且不改变钙通道的激活性质。     

Actin Dynamics Regulates Voltage-Dependent Calcium-Permeable Channels of the Vicia faba Guard Cell Plasma Membrane

Free cytosolic Ca~(2+) ([Ca~(2+)]_(cyt)) is an ubiquitous second messenger in plant cell signaling, and [Ca~(2+)]_(cyt) elevation is associated with Ca~(2+)-permeable channels in the plasma membrane and endomembranes regulated by a wide range of stimuli. However, knowledge regarding Ca~(2+) channels and their regulation remains limited in planta. A type of voltage-dependent Ca~(2+)-permeable channel was identified and characterized for the Vicia faba L. guard cell plasma membrane by using patch-clamp techniques. These channels are permeable to both Ba~(2+) and Ca~(2+), and their activities can be inhibited by micromolar Gd~(3+). The unitary conductance and the reversal potential of the channels depend on the Ca~(2+) or Ba~(2+) gradients across the plasma membrane. The inward whole-cell Ca~(2+) (Ba~(2+)) current, as well as the unitary current amplitude and NP. of the single Ca~(2+) channel, increase along with the membrane hyperpolarization. Pharmacological experiments suggest that actin dynamics may serve as an upstream regulator of this type of calcium channel of the guard cell plasma membrane. Cytochalasin D, an actin polymerization blocker, activated the NP_o of these channels at the single channel level and increased the current amplitude at the whole-cell level. But these channel activations and current increments could be restrained by pretreatment with an F-actin stabilizer, phalloidin. The potential physiological significance of this regulatory mechanism is also discussed.     

心肌细胞钙瞬变和细胞收缩的激光共聚焦成像研究

目的：游离钙离子参与机体的多种重要生理功能。本研究着重探讨如何利用激光共聚焦显微镜线扫描成像技术同时记录正常情况下心肌细胞的钙瞬变以及由此引起的细胞收缩过程。方法与结果：本研究以分离的心室肌细胞为对象,通过局部场刺激诱发细胞的钙瞬变和收缩,同时配合使用激光共聚焦显微镜成像系统,以线扫描方式记录实验结果。结果表明,钙瞬变先于细胞收缩发生(约早31ms),而收缩最大处远落后于钙瞬变峰值发生处(约慢346ms)。结论：激光共聚焦显微镜线扫描成像技术具有较好的时问分辨率和空间分辨率,其实验结果直观、明确、可靠,是较理想的研究钙瞬变和细胞收缩的光学记录方法。     

Calcium at the Cell Wall-Cytoplast Interface

Attention is given to the role of Ca2+ at the interface between the cell wall and the cytoplast, especially as seen in pollen tubes. While the cytoplasm directs the synthesis and deposition of the wall, it is less well appreciated that the wall exerts considerable self control and influences activities of the cytoplasm. Ca2+ participates as a crucial factor in this two way communication. In the cytoplasm, a [Ca2+] above 0.1 μM, regulates myriad processes, including secretion of cell wall components. In the cell wall Ca2+, at 10 μM to 10 mM, binds negative charges on pectins and imparts structural rigidity to the wall. The plasma membrane occupies a pivotal position between these two compartments, where selective channels regulate influx of Ca2+, and specific carriers pump the ion back into the wall. In addition we draw attention to different factors, which either respond to the wall or are present in the wall, and usually generate elevated [Ca2+] in the cytoplasm. These factors include: (i) stretch activated channels; (ii) calmodulin; (iii) annexins; (iv) wall associated kinases; (v) oligogalacturonides; and (vi) extracellular adenosine 5-triphosphate. Together they provide evidence for a rich and multifaceted system of communication between the cytoplast and cell wall, with Ca2+ as a carrier of information.