高级植物生理学专题-细胞信号转导

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1、高级植物生理学专题讲座植物细胞信号转导SignalTransductionofPlantCells生命科学学院刘西平2015.10遗传信息和环境因素共同决定植物的代谢、生长和发育过程植物体信息系统可概括为两大类:遗传基因信息系统：核酸蛋白质为主的生物大分子信息系统。生长发育过程是基因受环境影响在时空上顺序表达的结果。环境刺激-细胞反应偶联信息系统：植物感受环境信号，并将其转变为体内信号，从而调节生长发育过程---信号传导。第一节细胞信号转导概述细胞信号转导的研究历史植物信号转导的特点植物信号转导研究的意义植物信号转导研究的内容1.细胞信号

2、转导研究历史1870年发现对光敏感的视紫质(rhodopsin)。1933年GeorgeWald发现视紫红质，获得了1967年的诺贝尔奖，但从没有人把感光系统与体内激素的生理作用联系起来。20世纪初Langley和Hill提出受体理论，并在之后半个世纪得到充分发展，然而受体本身是什么物质仍然是一团疑云。六十年代Sutherland发现环腺苷酸(cAMP)在激素响应中的重要作用，很多人也认为腺苷酸环化酶（AC）就是受体。1971年他在获诺贝尔奖演讲中，还提到激素也可能就是作用在AC上，这已经是Lefkowitz证明受体和AC是相互独立的物质

3、之后1年了。细胞信号转导研究历史1970年Lefkowitz等人研究钙离子对促肾上腺皮质激素的激活作用，表明促肾上腺皮质激素受体的存在，激素受体的结合与腺苷酸环化酶(AC)的激活是两个独立的过程，证明细胞表面存在可与细胞外激素结合的受体。但依然存在看法，认为促肾上腺皮质素和去甲肾上腺素所结合的受体很可能是AC。1983年，他们把纯化后的可与肾上腺素结合的细胞表面蛋白导入不响应肾上腺素的细胞，发现细胞的表现与具有肾上腺素受体的细胞一致。从此才真正相信细胞表面受体的独立存在。细胞信号转导研究的三个里程碑细胞内3大信息系统：cAMP、钙和钙调素

4、(CaM)、肌醇磷脂系统的发现，该领域一直成为热点。20世纪90年代后，该领域诺贝尔生理学或医学奖：1991胞内信使cAMP及第二信息学说的提出者E.W.Sutherland;1992糖原代谢中蛋白质可逆磷酸化反应的研究者E.Krebs和E.Fishcer;1994信号转导领域G蛋白的发现者A.G.Gilman和M.Rodbell；1998NO信号分子的发现者R.F.Furchgott,L.J.Ignarro和F.Murad.2012G蛋白偶联受体家族的发现及其工作与结构机理(化学奖)2.植物细胞信号转导的特点随着动物细胞信号转导研究的深

5、入、系统和完善，植物细胞信号转导在近40年来也取得了突破性进展。相同：环境或生理信号---受体---信号转导---反应。区别：植物不能通过运动积极逃避逆境，但可以通过整合环境信息来调节自身的生理活动去积极适应环境的变化;一些信号转导过程(光合作用、光形态建成、光周期效应以及春化效应等)有别于动物;信号的长距离传导有别于动物(神经系统和循环系统)。一些常见的植物信号转导反应3.植物细胞信号转导的研究意义由于植物细胞信号转导的特殊性，对其机制的研究将丰富生物体的信号转导内容，揭示生命进化的本质。可以揭示植物对环境次级反应的遗传和分子机制，进而

6、通过生物工程手段调控植物生命活动，提高适应能力。干旱、高温、盐碱等常常降低作物产量，有必要研究植物在分子、细胞和个体水平对这些胁迫表现出的各种各样应答。为了通过育种或基因改良提高植物的抗逆性，有必要确定与农艺性状有关的调控基因，以及其产物是如何被调节的。4.植物细胞信号转导的研究内容植物如何感受环境刺激,环境刺激又如何调控和决定植物生理活动、生长发育和形态建成等过程。从机制上可概括为：植物细胞感受、偶合各种胞外刺激（初级信号），并将这些胞外信号转化为胞内信号（次级信号）；通过细胞内信号系统调控胞内的生理生化变化，包括基因表达变化、酶的活性

7、和数量的变化等；最终引起植物细胞甚至植物体特定的生理反应的信号转导途径和分子机制。第二节.植物细胞信号转导基本概念1.外源信号和胞间信号：也称第一或初级信使。外源信号:来自于环境的信号。胞间信号：植物自身合成的、能够从产生部位运到其它部位，并对其他细胞作为刺激信号的细胞间通讯分子。信号类型：化学信号:细胞感受刺激后合成并传递到作用部位引起生理反应的化学物质。物理信号:细胞感受到刺激后能够产生起传递信息作用的物理因子。无论是胞外信号还是胞间信号，均含有一定的信息信号的主要功能是在细胞内和细胞间传递信息，当植物体感受到信号分子所携带的信息后，

8、引起跨膜的离子流动、或引起相应基因的表达、或引起相应酶活性的改变，最终导致细胞和生物体特异的生理反应。2.第二或次级信使---胞内信使细胞感受胞外环境信号和胞间信号后产生的胞内信号分子,从而将