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。     

盐胁迫对甜菊细胞内游离Ca2+浓度的影响

钙离子不仅是植物生长发育所需的一种大量元素,而且起了偶联细胞外刺激与胞内反应第二信使的作用,是多种受体激动后信息传递过程的中心环节。近年的研究表明:高温、干旱、触摸、低渗、低温、风、机械刺激、病原菌感染等多种环境胁迫均能引起胞质Ca~(2+)水平的改变。这种变化被认为是植物细胞感受环境胁迫的原初反应之一,它通过启动基因表达和胞内一系列生理生化过程调节细胞对环境改变的适应反应。胞质Ca~(2+)水平的改变有两种来源:胞外Ca~(2+)跨膜内流和胞内钙库如内质网中的Ca~(2+)释放。其中由肌醇磷     

小鼠腹水型肝癌中蛋白激酶C的研究及硒对该酶的调节作用

蛋白激酶C(PKC)是一种依赖于磷脂和Ca~(2+)的蛋白激酶,在生物界中广泛存在,并分布在哺乳动物的各种组织中。在信号传导过程中,磷脂肌醇系统最终以活化PKC和Ca~(2+)动员的方式完成胞外信息的传递。由于磷脂肌醇系统介导的胞外信号之广,因而PKC与诸如受体的增效和脱敏等生理过程以及细胞分化增殖,     

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。     

大麦根细胞质膜Ca~(2+)转运系统对盐胁迫的反应

大麦幼苗经短时间盐处理,尚未发生伤害时,虽然质膜上需Mg~(2+)和不需Mg~(2+)的两个Ca~(2+)转运系统的转运能力均基本未变,但两者的动力学特征却有所不同。在盐处理3h内,不需Mg~(2+)的Ca~(2+)转运过程对Ca~(2+)的亲和力便明显降低,而需Mg~(2+)的Ca~(2+)转运过程对Ca~(2+)的亲和力变化不大。较长时间盐处理,两个Ca~(2+)转运系统的转运能力和ATP亲和力均有不同程度的减小。这种减小与幼苗的伤害相伴出现,随处理时间加长而加剧。不同时间的盐处理下,质膜Ca~(2+)—ATP酶活性与不需Mg~(2+)的Ca~(2+)转运过程变化规律一致。Ca~(2+)—ATP酶受钙调素激活的特性在盐处理3h内即有所减小,至处理24h基本丧失。由动力学分析结果推测,短时间盐胁迫下质膜上两个Ca~(2+)转运系统的不同变化是植物的一种调节反应,它们在钙信使系统传递胁迫信号的过程中起不同作用。Ca~(2+)—ATP酶驱动的初级Ca~(2+)转运系统可能与胁迫信号的传递有关,而次级Ca~(2+)转运系统即可能起着信息传递之后将剩余 Ca~(2+)运出胞外的功能。较长时间盐胁迫下两系统Ca~(2+)转运能力的降低则是一种伤害反应。     

植物蛋白激酶C的研究进展

“胞内信使系统”是当前生物科学中的研究热点之一。越来越多的证据表明,植物细胞中可能存在肌醇脂质信使系统,蛋白激酶 C(protein kinase C,PKC)是其关键成员之一,与依赖于环核苷酸(cAMP、cGMP)或者 Ca~(2+)-CaM 的蛋白激酶不同的是,PKC 是一种新发现的蛋白激酶,它依赖于 Ca~(2+)和磷脂。PKG 在细胞效应中所起的作用正受到重视,近年来,     

线粒体钙单向转运体和线粒体应激关系的研究进展

钙离子(calcium ion,Ca~(2+))在线粒体功能障碍及细胞损伤凋亡过程中发挥重要的细胞信号作用。近些年来关于Ca~(2+)通道以及其调控蛋白的研究越来越多,其中,线粒体单向转运体(uniporter)复合物的结构组成及其相关蛋白的分布特点成为主要研究热点。作为uniporter复合物中关键的通道蛋白,线粒体钙单向转运蛋白(mitochondrial calcium uniporter,MCU)可顺电化学梯度摄入Ca~(2+),将Ca~(2+)从胞质转运到线粒体基质并控制转运速率,其在胞内Ca~(2+)信号转导、Ca~(2+)稳态、线粒体能量代谢以及细胞凋亡方面具有重要意义。识别调控线粒体内Ca~(2+)信号的MCU及其相关蛋白可深入阐明线粒体应激在相关疾病中的发生发展,并为进一步的疾病治疗提供理论依据。     

黄瓜子叶节离体培养物花分化Ca2+敏感期的研究

植物开花是一个非常复杂的过程,对其机理的研究有着重要的实践意义和理论意义。近百年来进行了广泛的生理生化研究,提出过多种假设。自90年代初成功分离了花器官分化和发育基因以来,使这一研究领域进入了分子水平。钙不仅是植物的矿质营养元素之一,而且Ca~(2+)作为植物的第二信使,参与细胞内多种生理生化活动。许多研究结果表明,Ca~(2+)在成花诱导、花芽形成和分化过程中起重要作用,我们自建立黄瓜子叶培养物离     

钙(Ca2+)在植物抗寒中的作用

Ca~(2+)作为植物细胞的第二信使对不同抗寒性植物起着不同的作用。冷敏感植物在冷胁迫下引起的Ca~(2+)流入不撤退,结果细胞内高浓度Ca~(2+)导致冷敏感植物的Ca~(2+)毒害。抗寒植物在冷胁迫中引起的细胞内Ca~(2+)水平的升高是短暂性的,它们在完成信使作用后即撤退。这种短暂性的高浓度Ca~(2+)可能通过激活某些有关的蛋白激酶,使某些相应的蛋白质磷酸化,从而诱发抗冻基因表达,使植物进入抗寒锻炼,发展各种抗寒特性。Ca~(2+)对抗寒特性的形成,除通过诱发抗冻基因表达发展抗寒特性外,Ca~(2+)也可能对某些抗寒特性的形成直接起作用,如Ca~(2+)对膜结构的稳定作用,刺激木质素和非纤维素多糖的合成及其在细胞壁内的沉积,以及直接调节胞间连丝孔道的开放与关闭等。     

Ca~(2+)信号在植物与环境微生物互相作用中的分子调控机制

自然界植物与环境微生物之间的相互关系除了胁迫以外,同时也有互利互惠的共生互作关系。无论是能对植物造成胁迫伤害的植物-病原菌互作体系,还是能够为植物提供营养的植物-微生物共生互作体系,其细胞信号转导通路中Ca~(2+)信号的分子调控对两种互作体系都有着非常重要的作用。该文对近年来国内外有关植物-病原菌和植物-微生物互作体系在细胞信号转导过程中Ca~(2+)信号上游的分子调控机制分别进行了综述。     

植物钙吸收、转运及代谢的生理和分子机制

钙是植物必需的营养元素。酸性砂质土壤中含钙较少,导致在其土壤上生长的作物容易缺钙。另外由于果树果实、果菜类和包心叶菜类的蒸腾作用弱,导致果树和蔬菜普遍生理缺钙。根系维管束组织可能通过共质体和质外体两种途径进行钙素吸收,而果实则可通过非维管束组织直接吸收钙素。Ca2 通过Ca2 通道内流进入胞质,并通过Ca2 -ATPase和Ca2 /H 反向转运蛋白外流以保持胞质内低Ca2 浓度。为了应对植物发育和环境胁迫信号,Ca2 由质膜、液泡膜和内质网膜的Ca2 通道内流进入胞质,导致胞质Ca2 浓度迅速增加,产生钙瞬变和钙振荡,传递到钙信号靶蛋白,如钙调素、钙依赖型蛋白激酶及钙调磷酸酶B类蛋白,引起特异的生理生化反应。本文综述了植物钙素吸收、转运以及代谢研究的最新进展,包括植物对钙的需求和作物缺钙的原因,根系维管束组织及果实钙素吸收机理,Ca2 跨膜运输特性,钙的信使作用以及钙信号靶蛋白等方面内容。     

植物钙吸收、转运及代谢的生理和分子机制

钙是植物必需的营养元素。酸性砂质土壤中含钙较少, 导致在其土壤上生长的作物容易缺钙。另外由于果树果实、果菜类和包心叶菜类的蒸腾作用弱, 导致果树和蔬菜普遍生理缺钙。根系维管束组织可能通过共质体和质外体两种途径进行钙素吸收, 而果实则可通过非维管束组织直接吸收钙素。Ca2+通过Ca2+通道内流进入胞质, 并通过Ca2+-ATPase 和Ca2+/H+反向转运蛋白外流以保持胞质内低Ca2+浓度。为了应对植物发育和环境胁迫信号, Ca2+由质膜、液泡膜和内质网膜的Ca2+通道内流进入胞质, 导致胞质Ca2+浓度迅速增加, 产生钙瞬变和钙振荡, 传递到钙信号靶蛋白, 如钙调素、钙依赖型蛋白激酶及钙调磷酸酶B类蛋白, 引起特异的生理生化反应。本文综述了植物钙素吸收、转运以及代谢研究的最新进展, 包括植物对钙的需求和作物缺钙的原因, 根系维管束组织及果实钙素吸收机理, Ca2+跨膜运输特性, 钙的信使作用以及钙信号靶蛋白等方面内容。     

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…     

大麦根细胞质膜Ca~(2+)-ATP酶和Ca~(2+)转运系统的特性

用大麦质膜微囊研究细胞质膜 Ca~(2+)转运过程,发现质膜 Ca~(2+)—ATP酶在反应系统中不存在Mg~(2+)时可正常表现活性。跨膜Ca~(2+)转运按其对Mg~(2+)的需求可分为两个过程,一个是不需Mg~(2+)的、具高Ca~(2+)亲和力和较低的转运能力;另一个则是需Mg~(2+)的、具低Ca~(2+)亲和力和较高的转运能力。前者的动力学特征与Ca~(2+)—ATP酶相近,而后者则相差很大。据此推测,大麦根细胞质膜上除Ca~(2+)—ATP酶外,还存在另一个不同的Ca~(2+)转运系统。由两者分别承担的Ca~(2+)转运过程在细胞钙信使系统中可能起着不同的作用。     

产黄青霉菌响应苯氧乙酸的Ca2+信号转导机制

【目的】研究青霉素V生产过程中—Ca~(2+)信号转导途径参与产黄青霉菌对外源侧链前体苯氧乙酸的应答机制。【方法】考察4种不同机制的Ca~(2+)信号干扰剂[利心平、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸、苏拉明和硫酸新霉素]对青霉素V产量和产黄青霉菌生物量的影响。运用Fluo-3/AM荧光染料对细胞进行染色,通过荧光显微镜成像和酶标仪定量检测两种方法监测胞内Ca~(2+)浓度的变化。【结果】苯氧乙酸添加后胞内Ca~(2+)相对含量高于对照组49.86%,而1 mmol/L磷酸酯酶C底物抑制剂硫酸新霉素的添加使得胞内Ca~(2+)相对含量降低了53.31%,同时青霉素V产量降低78.71%,表明产黄青霉菌可通过肌醇1,4,5-三磷酸信号途径调节胞内Ca~(2+)浓度来响应苯氧乙酸的胁迫。【结论】首次探究了Ca~(2+)信号转导途径在产黄青霉菌对苯氧乙酸应答中的作用,为丝状真菌中Ins(1,4,5)P3-Ca~(2+)信号转导途径的研究提供理论依据。     

H_2S与Ca~(2+)互作提高黄瓜幼苗耐冷性

硫化氢(hydrogen sulfide,H_2S)是一种新型气体信号分子,钙离子(calcium,Ca~(2+))为重要的第二信使,两者在调控植物生长发育及多种逆境胁迫中分别起着重要作用。然而,H_2S和Ca~(2+)信号在调控植物耐冷性中的作用关系并不十分清楚。本研究针对以上问题以‘津优35号’黄瓜为试材进行研究,结果表明,低温胁迫可诱导H_2S信号的产生,且这种信号可被外源Ca~(2+)增强;低温胁迫可诱导Ca~(2+)信号转导相关基因CaM、CIPK5的mRNA表达,且外源H_2S能够上调低温下CaM、CIPK5的表达量;进一步研究发现,外源H_2S和Ca~(2+)可显著增强植株的抗氧化能力,减少活性氧积累,从而降低低温胁迫对黄瓜幼苗的损伤,且加入Ca~(2+)螯合剂乙二醇二乙醚二胺四乙酸(ethylene glycol tetraacetic acid,EGTA)或钙调素拮抗剂氯丙嗪(chlorpromazine,CPZ)后,H_2S对黄瓜幼苗抗氧化能力的促进效应明显减弱,同样的,H_2S清除剂次牛磺酸(hypotaurine,HT)也会降低Ca~(2+)的作用。以上结果表明H_2S与Ca~(2+)信号间存在着复杂的联系,而且他们可以通过相互作用调控黄瓜幼苗的抗氧化系统,从而增强植株耐冷性。     

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。     

封面故事

<正>钙离子(Ca2+)是重要的第二信使,通过与效应蛋白的结合和解离,以及在不同细胞器之间的穿梭运动而精确调控细胞活动,参与多种重要生命过程。细胞内具有精确调节Ca2+时空分布的调控系统。在静息状态下,细胞内的游离Ca2+浓度约为100 nmol/L;而当细胞受到信号刺激后,胞内的Ca2+浓度可上升至1000 nmol/L甚至更     

羊精子细胞质膜及顶体外膜Ca^2＋—ATPase的活力分布

哺乳类精子需要经过获能及顶体反应才能使卵子受精,现在已经明确细胞外 Ca~(2+)离子对顶体反应是必需的(Yanagimachi and Usui,1974),但迄今对 Ca~(2+)离子调控顶体反应的生化过程还很不清楚。 顶体反应是在质膜与顶体外膜之间发生囊泡化作用的过程,因此对顶体反应分子机理的了解,必须对精子膜的物理及生化性质有清楚的认识,这方面的研究指出,精子膜电位的变化似乎并非调控离子交换的机制(Rink,1977),精子膜上的电位闸门通道也可能不参与 Ca~(2+)离子的内流(Roldan et     

丛枝菌根真菌根外菌丝跨膜H~+和Ca~(2+)流对干旱胁迫的响应

丛枝菌根真菌(AMF)能够和大多数陆地植物形成共生体系,对于植物生长发育和适应各种逆境胁迫具有重要作用。很多研究表明干旱胁迫下AMF能够促进宿主植物对水分的吸收从而增强植物抗旱能力,但目前针对AMF根外菌丝响应水分胁迫的生理变化以及AMF与宿主植物逆境信号交流的研究并不多。该研究利用AMF Rhizophagus irregularis和胡萝卜(Daucus carota var. sativa)毛状根双重无菌培养体系获得纯净根外菌丝,向培养基添加聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫,运用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM-EDS)观察干旱胁迫对AMF根外菌丝形态的影响,同时采用非损伤微测技术(NMT)观测根外菌丝跨膜H+和Ca~(2+)离子流变化。结果发现,PEG处理1h后菌丝尖端和侧面发生H+外流和强烈的Ca~(2+)内流,荧光探针分析也显示菌丝胞内pH值显著上升、Ca~(2+)浓度增加; PEG处理24 h后菌丝形态发生明显变化,培养基pH值降低, P、Ca、Fe等元素在菌丝际积累。这些试验结果表明,干旱胁迫下AMF根外菌丝跨膜H+和Ca~(2+)流发生变化,促进了菌丝与环境之间的物质交换。菌丝酸化生长环境有利于养分吸收,并促进AMF与宿主植物之间的信号交流以增强植物的耐旱性。