植物发育生物学1-BR signal tranduction

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植物细胞的信号传导

植物细胞的信号传导

5 two major signal transduction pathway in plant
• Cytosolic Calcium • Protein kinase /phosphorylase
细胞外 细胞膜 细胞质
环 境 刺 激
胞 间 信 号
受 体
G效
蛋应 白器
酪氨酸 蛋白激

cAMP
第一节 Over view of signal transduction
1 The stream of signals is continuous and complex
2 Signal transduction network within cells, among
Cells and through the plant
接受信号主要通过蛋白受体或改变膜电位
受体位置
光反应红光受体
光敏色素组成一个蛋白质家族, 各有不同生理功能
光形态建成中信号传导效应的复杂性
第二节 植物细胞跨膜信号转导
受体(receptor):
是在效应器官细胞表面或亚细胞组分中可特异 地识别并结合信号分子—配体(ligand) ,或物理信 号(光温信号)大分子物质,多为为蛋白质。
3Finally modified gene expression
• Different signal effects Different transduction networks in different way and different place
• But finally change the gene expression pattern
Ca2+
Ca2+ 调节蛋白

植物发育生物学进展

植物发育生物学进展

植物发育生物学相关研究进展学生:学号:导师:摘要:发育生物学最早起源于胚胎学,植物界发育生物学的相关研究工作的开展较动物界要晚。

植物的个体发育是受多基因精细调控的复杂过程,从胚胎发育开始到植株衰老死亡,每一步都包含了许多的发育事件,利用生物科学中其他学科的理论基础与先进生物学技术,从分子、细胞水平研究植物发育过程,将对人类深入了解并揭示植物界各个发育事件的发生机理提供更多信息,以用于生产实践。

植物发育生物学主要内容涉及胚胎发育与基因调控、植物器官的发育、激素调控植物性别分化、植物的衰老、死亡等,我国植物发育生物学相关方面已取得不少成就,而随着生物技术的迅猛发展,植物发育生物学在已有进展的基础上必将收获更多具重大意义的发现。

关键词:发育生物学、植物发育生物学、植物胚胎发育、分子生物学、细胞生物学意大利数学家兼天文学家Giovanni Amici早在1824年便率先发现马齿苋(Portulaca oleracea)的花粉在柱头上发芽,至1849年Hofmeister对19个属中的39种植物进行研究后,才得以明确胚并非在花粉管中发育,而是来源于胚囊内的。

发育生物学自胚胎学相关研究展开,对植物界发育生物学的探索要晚于动物界,20世纪初“碳氮比”假说的提出才初次敲开植物开花机理的发现之门,1937年Chailakhyan提出“成花素”概念,研究人员经70多年不断探索最终确定“成花素”为一类叫做FT的可移动蛋白分子,而与此期间发现的生长素(Auxin)也在极大程度上促进了人们对植物形态建成的认识。

随后因显微镜、电子显微镜等显微技术与离体组织培养、生物化学等科学技术的发展,就植物发育相关的研究已逐渐朝向实验性学科迈进,而分子、细胞生物学的加入又为植物发育生物学进展提供了更加先进的理论与方法。

从发展历史来看,整个发育生物学是一门既古老又年轻的学科,八十年代起,因遗传学、细胞生物学、分子生物学等学科的发展,大量新研究方法使得其进展迅速,这门学科的研究内容延伸至配子的发生和形成,受精过程,细胞分化及形态形成(包括发育过程中不同细胞群如何按照一定时间顺序和空间关系有序地重新配置、特化,从而产生各种细胞类型以最终形成器官表型特征并建立特殊功能),基因于不同发育时期的表达、控制与调节,基因型和表型表达之间的因果关系,发育过程中细胞核与细胞质的关系,细胞间的相互关系及外界因素对胚胎发育的影响等。

发育生物学(小小完善版))资料

发育生物学(小小完善版))资料

发育生物学重点前面是问题,后面是名词解释,名词解释可能是英文的第一章1,植物发育生物学的概念(p1)发育生物学(developmentalbiology)是一门研究生物体从精子和卵子发生、受精、发育、生长到衰老、死亡规律的科学。

2,植物发育的基本特点(课件)答:(1)植物是一种形态学上简单的有机体;(2)植物既可以用孢子,也可以用配子进行生殖;(3)植物细胞具有全能性;(4)高等植物中具有双受精现象;(5)植物胚胎发生完成于休眠种子的形成;(6)高等植物的胚形成两个具有不同发育命运的器官系统;(7)植物具有无限的发育程序;(8)植物的形态建成在没有细胞移动的情况下进行;(9)环境因子在植物发育中扮演主要的角色3,植物发育生物学的基础及发展历程(课件)第二章1,植物极性的几个例子整个植株中存在着极性,拟南芥为例我们可以看到:地上部分是茎,叶,花,角果;地下部分主要是根和很细的根毛。

地上部分是向上(阳光)生长的,地下部分是向下(水分和养分)生长的。

另外植株的单个部分也存在着极性。

植物叶的背腹性也可认为是极性的表现,背即叶上表面(近轴面,又称阳面);腹即叶下表面(远轴面,又称阴面)。

在胚胎发育过程中鱼雷胚时期有RAM和SAM之分。

植物的整个植株由这两个组织发育而来,种子在萌发后,地上部分由茎尖分生组织形成,而地下部分是根尖分生组织发育而来。

1,植物的根有朝向重力方向生长的特点,茎有背离重力方向生长;2,植物地上部分茎叶的正向光性;3,植物受精卵极性导致第一次分裂不对称,多次分裂产生的细胞后续分化方向各不相同,形成种子的不同器官;4,植物单个细胞中mRNA,蛋白质,细胞器的分布具有极性;5,植物细胞支架微管的不对称性;6,植物细胞在不同的部位形成不同的细胞类型。

2,植物细胞极性的内在原因(P36)细胞极性的起源:A.合子基因在细胞中表达;B.母质细胞在细胞中特异表达;C.母质基因在细胞周围表达3,根和茎感受重力的分子机制(P37)植物根系感受重力的组织是根冠,包括柱细胞,根尖细胞,外周根冠细胞,其中柱细胞是根冠感受重力的主要细胞,被称为重力感受细胞,细胞核分布在细胞的中部或顶部,通过细胞骨架与细胞膜相联系,外周由管状或节状内质网构成,由于柱细胞中含致密的淀粉体和高度动态的微纤维网络,并且在重力调控下,这些淀粉体在细胞内的位置可以移动。

植物发育生物学

植物发育生物学

细胞生物学技术在植物发育生物学中应用
细胞培养技术
通过植物组织培养和细胞培养技术,研究植物细胞的分裂 、分化和发育过程及其调控机制。
细胞成像技术
利用荧光显微镜、共聚焦显微镜等成像技术观察植物细胞 的结构、动态和互作,揭示细胞在植物发育中的功能和调 控机制。
细胞凋亡检测技术
运用TUNEL等技术检测植物发育过程中的细胞凋亡现象, 研究其在植物发育中的作用和调控机制。
幼苗在光、温度、水分等条件适宜 时,进行光合作用,合成有机物质 ,促进根系和地上部分的生长。
营养生长
植物通过根系吸收土壤中的水分和 矿质营养,以及叶片进行光合作用 ,合成有机物质,用于植物体的构 建和生长。
光、温度、水分等环境因子对生长发育影响
光的影响
光是植物进行光合作用的 能量来源,对植物的形态 建成、生理代谢以及生长 发育都有重要影响。
植物细胞在分裂后,需要合成新的细 胞壁并加厚原有的细胞壁,以维持细 胞的形态和强度。
内质网和高尔基体扩展
内质网和高尔基体等膜系统扩展,为 细胞合成和分泌蛋白质、脂质等物质 提供足够的场所。
03
植物组织器官形成与分化
愈伤组织诱导和器官发生途径
愈伤组织诱导
通过外植体培养在适宜条件下诱导产生无序生长的细胞团, 即愈伤组织。
赤霉素
促进茎的伸长、引起植 株快速生长、解除休眠 和促进花粉萌发等生理
作用。
脱落酸
抑制细胞分裂和伸长, 促进叶和果实的衰老和
脱落。
基因表达调控在器官形成中作用
转录因子调控
01
通过转录因子与特定基因启动子的相互作用,调控基因的转录
水平,从而影响器官的形成和发育。
表观遗传学调控

植物生理各章名词总结 (全).

植物生理各章名词总结 (全).

第一章植物细胞生理1 .原核细胞(prokaryotic cell) 无典型细胞核的细胞,其核质外面无核膜,细胞质中缺少复杂的内膜系统和细胞器。

由原核细胞构成的生物称原核生物( prokaryote )。

细菌、蓝藻等低等生物属原核生物。

2 .真核细胞(eukaryotic cell) 具有真正细胞核的细胞,其核质被两层核膜包裹,细胞内有结构与功能不同的细胞器,多种细胞器之间有内膜系统联络。

由真核细胞构成的生物称为真核生物( eukayote )。

高等动物与植物属真核生物。

3 .原生质体(protoplast) 除细胞壁以外的细胞部分。

包括细胞核、细胞器、细胞质基质以及其外围的细胞质膜。

原生质体失去了细胞的固有形态,通常呈球状。

4 .细胞壁(cell wall) 细胞外围的一层壁,是植物细胞所特有的,具有一定弹性和硬度,界定细胞的形状和大小。

典型的细胞壁由胞间层、初生壁以及次生壁组成。

5 .生物膜(biomembrane) 即构成细胞的所有膜的总称,它由脂类和蛋白质等组成,具有特定的结构和生理功能。

按其所处的位置可分为质膜和内膜。

6 .共质体(symplast) 由胞间连丝把原生质(不含液泡)连成一体的体系,包含质膜。

7 .质外体(apoplast) 由细胞壁及细胞间隙等空间(包含导管与管胞)组成的体系。

8 .内膜系统(endomembrane system) 是那些处在细胞质中,在结构上连续、功能上关联的,由膜组成的细胞器总称。

主要指核膜、内质网、高尔基体以及高尔基体小泡和液泡等。

9 .细胞骨架(cytoskeleton) 指真核细胞中的蛋白质纤维网架体系,包括微管、微丝和中间纤维等,它们都由蛋白质组成,没有膜的结构,互相联结成立体的网络,也称为细胞内的微梁系统 (microtrabecular system) 。

10 .细胞器(cell organelle) 细胞质中具有一定形态结构和特定生理功能的细微结构。

植物发育生物学的研究进展与前沿

植物发育生物学的研究进展与前沿

植物发育生物学的研究进展与前沿植物发育生物学是研究植物生长和发育过程的科学领域。

随着生物学研究的深入,植物发育生物学在过去几十年中取得了显著的进展,并且在某些方面取得了前沿的突破。

本文将介绍植物发育生物学的研究进展和前沿,并探讨其对植物科学和农业领域的意义。

一、基因调控的研究进展植物发育生物学的核心是研究基因调控对植物生长和发育的影响。

近年来,随着高通量测序技术的发展,植物基因组学取得了重大突破。

通过对植物基因组进行深入研究,科学家们发现了大量调控植物发育的基因,并阐明了它们在不同生长阶段的作用机制。

此外,植物中一些重要的调控因子,如雄性不育因子、激素信号通路、转录因子家族等也成为了研究的热点。

这些研究揭示了植物生长与发育的分子机理,对于理解植物的进化和适应性演化具有重要的意义。

二、组织发育的研究进展植物组织发育是指植物细胞在生长和分化过程中形成各种组织和器官的过程。

近年来,科学家们通过对植物组织发育的研究,揭示了植物细胞分裂、扩张以及重要激素调控通路的分子机制。

特别是在根系和茎叶发育领域,研究人员发现了一些关键基因和信号通路,通过调控细胞极性以及细胞间的相互作用,控制植物的组织形态和器官的发育。

三、植物发育的环境调控环境调控是植物发育生物学研究的重要方向之一。

植物作为固定生物体,受到环境因素的直接影响,如光照、温度、水分等。

最近的研究表明,植物利用一系列信号转导通路和基因调控网络来感知和响应环境变化,调整自身的发育模式。

例如,植物在光照强度较低的条件下会发生光形态转变,产生长的、细的茎干和大的叶片以获取更多的光能。

而在干旱条件下,植物则通过调控根系的生长和分支来适应水分的缺乏。

四、植物发育生物学在农业中的应用植物发育生物学的研究成果不仅对于深入理解植物发育的分子机制具有重要意义,也为农业领域的应用提供了新的思路和方法。

通过研究植物基因调控网络,科学家们可以改良作物的品质和增强抗逆性。

例如,通过调控植物激素通路中的关键基因,可以提高作物的营养价值和产量。

发育生物学,第一章绪论精品文档13页

发育生物学,第一章绪论精品文档13页

教材:《植物发育生物学》崔克明著,北京大学出版社,2005年植物发育生物学,白书农著,北京大学出版社,2003年植物发育的机制,英Ottoline Leyser著,瞿礼嘉邓兴旺译 2006《发育生物学》张红卫著,2005成绩评估:上课出席(10%),平时成绩(10%),实验报告(20%),期末考试(60%)第一章导论在介绍关于植物发育研究的具体内容之前,本章将先对有关植物发育生物学这个名词所涉及的一些概念和历史方面的内容做简单的介绍。

问题:植物发育生物学(Plant Developmental Biology)研究的对象是什么?它与传统的以动物为研究对象的发育生物学(Developmental Biology)之间有什么样的关系?它又与过去的植物发育生理或生殖生物学之间有什么样的关系?1.1发育和发育生物学1.1.1发育的概念发育:1999年辞海中,生物体在生命周期中,结构和功能从简单到复杂的变化过程。

个体发育:从受精卵形成胚胎并成为性成熟个体的过程。

Development:在英文中,不仅被用于生物学领域。

类似房地产开发这样的开发活动、音乐作品中交响乐主题的发展、摄影中的底片显影过程,也都用development。

为什么这么多与生物中的发育现像看起来风马牛不相及的事物在英文中却使用同一个名词呢?从该英文词的辞源分析可以发现,这些事物之间确实在本质上有相同之处。

Develop最早的辞形desveloper由des(分离、剥离)+voloper(包装)两部分构成。

显然,development本来的含义应为将被包装起来的东西打开。

由于房地产开发时将设计蓝图变为实物,底片中银粒已在曝光时将影像保存,因此自然应该用development。

对于生物的发育而言,个体是由卵、胚胎等简单的结构变化而来,因此人们很容易想象这些个体的早期一定也是被什么包装了的东西,这些东西在后来逐渐被打开,最后形成我们看到的生命个体。

植物细胞信号转导

植物细胞信号转导
由3种不同的亚基(α、β、γ)构成, α亚基含 有GTP结合的位点,并具有GTP水解酶的活性。 β和γ亚基一般以稳定的复合态存在。
通常情况下, G蛋白以三聚体形式存在,与GDP结合, 处于钝化状态。
当信号分子与膜上的受体结合后形成激活型受体,它可 与G蛋白结合使之构型变化, G蛋白排斥GDP,结合 GTP而活化, α与βγ解离后与效应器结合,把胞外信 号转换为胞内信号;
植物细胞信号转导
植物体的新陈代谢和生长发育受遗传信息及 环境的调控。
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,植物细 胞如何综合内外因素以控制基因表达。人们 将这些过程称为细胞的信号转导(signal transduction)。
环境刺激
胞间信号 跨膜信号转换 细胞表面
第三节、胞内信号系统
胞间信号称为第一信使(初级信号) 胞内信号称为第二信使(次级信号)
胞外刺激信号激活或抑制的具有生理调节 活性的细胞内因子称为细胞信号转导过 程中的第二信使(胞内信号)
一、钙信号系统﹡
(一)衡量钙信使的标准
(1) 细胞质的Ca2+水平必须能对 来自环境与邻近细胞的刺激有所反应; 而且Ca2+水平的变化要早于该生理反应
根据作用机理,可将细胞表面受体分为3种类型: ① G蛋白偶联受体 ②酶偶联受体 ③离子通道偶联受体
第二节 信号跨膜转换
对于细胞内受体而言,信号可以进入细胞 内部与胞内的受体结合,完成信号的直 接跨膜进入。
大多数信号分子不能通过膜,信号分子通 过与细胞表面受体结合,经过跨膜信号 转换,将胞外信号传至胞内。
而在动物视觉系统细胞光感应中起重要作用的cGMP在 植物花色素苷诱导中起决定作用,并与Ca 2+ -CaM一起 诱导PSⅠ和Cyt b6/f的合成。

植物发育生物学

植物发育生物学
5
2. 植物的生长发育与动物的不同
1、动物在胚胎发育中可移动,植物的则不能移动,细胞间 彼此连结很紧密。
2、动物细胞通常没有细胞壁,植物则有,因此细胞死后仍 保持一定的形态,死细胞和活细胞共同组成植物体。
6
3、植物细胞比动物细胞更容易表现出全能性,容易在人工培养 的条件下发育成新的个体或器官。 4、动物胚胎发育完成后几乎是全面的生长,成熟动物体中不在 特定部位保留干细胞群(相当于植物中的分生组织细胞),不 再增加新的器官和组织。植物则是在特定部位保留有分生组织 细胞群,形成局部生长,一生中不断形成新的器官和组织。
22
与苔藓类植物相比.蕨类植物体形大小、分布区域 等方面均有显著的不同。蕨类植物小的仅若11厘米,大 的可高达百米,它们不仅能够像苔藓类植物那样生存在 潮湿的地区,而且还可以生存于水中或干热的沙漠地区。
主要得益于其维管系统的分比。 主要是孢子体
23

24
肾蕨
其他蕨类蕨
桫椤 有柄石韦
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槐叶苹(Salvinia)
42
松柏类植物的生活周期
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松柏类的生活 周期
44
1、藻类、苔藓类和蕨类植物中,物种的传播均是以单细胞的 形式进行,而在裸子植物中,则都是以多细胞的形式进行,如 种子和花粉; 2、在孢子体的形态建成过程中,出现了多细胞的、具有特定 结构的茎端分生组织,通过茎端分生组织的活动,形成了完成 生活周期所必需的不同类型的侧生器官(如不同类型的营养性 叶和大小孢子叶); 3、在裸子植物生活史中,其孢子体的形态建成的复杂性大大 增加。除了由茎端分生组织所形成的侧生器官类型增加之外, 还有茎的形成、根系的形成以及根和茎的次生生长等。
10
石莼是生活史比较复杂的绿藻。它是一种片状的结 构。但需要注意的是,这种片状结构既可能是由单倍 体细胞构成,也可能是由二倍体细胞构成

植物体内的细胞信号转导-植物生理

植物体内的细胞信号转导-植物生理

第七章植物体内的细胞信号转导生长发育是基因在一定时间、空间上顺序表达的过程,而基因的表达则受周围环境的调控。

动物通过神经和内分泌系统调节自身,适应环境,而植物没有这两个系统,它是通过精确、完善的信号转导系统来调节8身,适应环境。

植物细胞信号转导(signal transduction)主要研究植物感受、传导环境刺激的分子途径及其在植物发育过程中调控基因的表达和生理生化反应。

信号传导包括信号、受体、信号转导网络和反应等环节。

图7-l是细胞信号转导的主要分子途径模式图。

各种各样的信号通过受体输入之后,细胞内的各种转导途径如同电脑的集成块那样,纵横交错,复杂而有序,经过分析、整理,最终输出命令,调节细胞的生理生化反应。

当然,有生命的活体细胞的信号转导系统远比电脑系统复杂得多。

第一节环境刺激和胞外信号一信号信号(Signal 信息的物质体现形式和物理过程。

简单地说,刺激就是信号。

植物通过接受环境刺激信号而获得外界环境的信息。

植物在生长和发育过程中,时刻处于大量外界环境信号,如机械刺激、温度、光照、气体、重力、触摸、病原因子、伤害、水分等的刺激之下,同时还面对体内其他细胞传来的信号,如生长调节剂、多肽、糖、代谢物、甾体、细胞壁片段、与膨压有关的细胞壁二、胞间信号当环境刺激作用于植物体的不同部位时,会发生细胞间的信号传递。

胞间信号包括物理信号(电信号)和化学信号(激素、寡聚糖等)。

在研究胞间物理信号方面,娄成后认为,植物受到外界刺激时可产生电波,通过维管束、共质体和外质体快速传递信息。

研究表明,细胞动作电位的产生与质膜上的离子流动有关。

土壤干旱时,植物根尖合成脱落酸(ABA),通过导管向上运到叶片保卫细胞,引起保卫细胞内的胞质Ca2+等一系列信号转导,产生生理、生化反应,最后使气孔关闭。

详细信号转导过程见第八章。

在上述生理反应中,土壤干旱(胞外刺激)是信号转导过程中的初级信使(primary messenger),ABA是胞间的化学信号,保卫细胞内的胞质Ca2+等传递胞外信号的一系列信号分子就是第二信使(second messenger)。

植物发育生物学

植物发育生物学

植物发育⽣物学植物发育⽣物学复习资料第⼀节植物发育⽣物学概论⼀、植物发育⽣物学1、概述:是从分⼦⽣物学、⽣物化学、细胞⽣物学、解剖学和形态学等不同⽔平上,利⽤多种实验⼿段研究植物体的外部形态和内部结构的发⽣、发育和建成的细胞学和形态学过程及其细胞和分⼦⽣物学机理的科学。

是研究植物⽣长发育及其遗传控制的学科,即研究植物个体发育规律及其调控机理的学科。

⼆、植物的⽣长发育与动物的不同1、植物和动物最早的共同祖先是单细胞的真核⽣物2、动物在胚胎发育中其组成细胞可移动位置,植物的则不能移动,细胞间彼此联结很紧密。

植物外形的形成依赖于不同位置细胞的分裂速度和伸长⽅向的差异3、动物细胞通常没有细胞壁,植物则有。

因此植物细胞死后仍保持⼀定的形态,死细胞和活细胞共同组成植物体。

4、植物细胞⽐动物细胞更容易表现出全能性,容易在⼈⼯培养条件下发育成新的个体。

5、动物胚胎发育完成后⼏乎是全⾯地⽣长,成熟动物体中不在特定部位保留⼲细胞群,不再增加新的器官和组织。

植物则是在特定部位保留有分⽣组织细胞群,形成局部⽣长,⼀⽣中不断形成新的器官和组织。

(1)植物发育是连续的;(2)植物具有⽆限的发育程序6、动物在环境中是可以⾃由移动的,植物则不能主动移动。

7、动物的减数分裂发⽣于形成配⼦体时,只有⼆倍体的动物体,没有单倍体的动物体,因此没有世代交替。

⽽⾼等植物的减数分裂发⽣于形成孢⼦时,既有⼆倍体的体物体,也有单倍体的植物体,两种植物体交互出现形成世代交替。

(1)苔藓植物的⽣活史1)苔藓植物——是过渡性的陆⽣植物。

⼩型的叶状体或有茎叶分化的植物体,具假根;配⼦体发达,孢⼦体寄⽣其上,受精需⽔。

2)苔藓植物⽣活史的特点①具有明显的世代交替,配⼦体发达,孢⼦体退化,孢⼦体寄⽣在配⼦体上;②合⼦在颈卵器内发育成下⼀代植物的雏体(胚),称为有胚植物;③孢⼦⾸先萌发形成绿⾊的原丝体(丝状或⽚状),然后再发育形成配⼦体。

(2)蕨类植物的⽣活史1)蕨类植物——具有根、茎、叶的草本植物(少数⽊本),有维管系统,孢⼦体发达,配⼦体不发达,能独⽴⽣活;受精仍需要⽔。

植物体内的信号传导signaltransduction

植物体内的信号传导signaltransduction

钙调蛋白的存在部位:细胞质和细胞器
作用机
胞外信号
质膜
Ca通道打开
Ca进入
4 Ca + + CaM
Ca +
Ca +
CaM
Ca +
Ca
+
+
[Ca 2+]大于 10-6 mol • L- 1
E
生理效应
Ca Ca + + CaM Ca E Ca
++
信号传导的分子途径
第一信使
膜上信号 转换系统
第二信使
DAG
环境刺刺激激
胞间信信号号 受体 G蛋 白 效应器
IP3
Ca2+
胞间信信号号传传递递
细胞外 膜上信号转换
细胞膜
胞内信号转 cAM导P 细胞内
PKC
Ca2+CaM PKCa2+ CaM PKCa PKA
CaM结合蛋白 酶蛋白磷酸化修饰 细胞反应
蛋白质
可逆磷 酸化
脂酰肌醇-4 ,5-二磷酸(PIP2)。 . 以肌醇磷脂代谢为基础的细胞信号系统,是在
外信号被膜受体接受后, 以G蛋白为中介,由
质膜中的磷脂酶 C -1 ,4 ,5-三磷酸(
I(PP3L)C和)二水酰解甘PI油P2(,D生A成G肌) 醇
两DA种G信则号通分过子激。活蛋IP白3通激过酶调C节(CPaK2+C浓)度传,递而信息。
• G蛋白(G protein): 又称信号转换蛋白或 偶联蛋白。全称为GTP结合调节蛋白 ( GTP binding regulatory protein) ,此 类蛋白由于其生理活性有赖于三磷酸鸟 苷 (GTP) 的结合以及具有GTP水解的活 性而得名.

植物发育生物学研究方法

植物发育生物学研究方法
定向突变特征。
植物细胞工程目前分为五个分支: 脱毒与快速繁殖。 细胞的大量培养。 体细胞杂交。 细胞遗传转化及产生转基因植株。 无性系变异与分离突变体。
后三者则主要利用遗传变异,创建新种质。
离体筛选的优点: 离体筛选突变体的可控程度高,便于进行定向选择。 突变频率高,筛选群体大,在较小容器中可操作百万
植物发育生物学研究 方法
发育生物学在生命科学中的地位
生理学 分子生物学
遗传学
发育生物学
免疫学
细胞学
生物化学
2
植物发育生物学常用研究方法及原理
突变体库构建 基因沉默(RNAi) 蛋白质互作研究
突变体诱导与选择 正向遗传学
突变体的诱导与选择
随着大量物种全基因组序列测序完成,对基因的研究进入 了以功能基因组学为代表的后基因组时代。功能基因组学 是在结构基因组学丰富信息资源的基础上,利用植物全基 因组序列的信息,应用各种实验方法并结合统计和生物信 息学方法研究和分析基因的表达、调控与功能以及植物的 生长、发育规律的学科。要了解植物体内各基因的生物学 功能,如何协调发挥作用,参与一系列的生长发育过程, 就需要我们精确了解每个基因的功能及基因间的相互作用; 构建基因突变体库,通过突变体分析鉴定基因功能是一种 最直接最有效分析鉴定基因功能的方法。
1.直接选择法
通常是把细胞培养在一种亲本细胞不能生长的培养基上, 或亲本细胞死亡的培养基上,即施加选择压。经诱变或未 经诱变的培养组织都可用增加选择压抑制未突变细胞生长 的化学物质的方法进行选择。在培养基中施加不同的选择 压可以对所需要的性状进行定向选择。
如以抗植物毒素(选择压)选择抗病性,以高浓度的盐选择 耐盐性,以高浓度的除草剂或农药选择耐药性,以某种代 谢中间产物为选择压筛选高氨基酸、高糖的优质谷物新品 种。

高等植物生理学植物细胞信号转导

高等植物生理学植物细胞信号转导

(二 )跨膜信号转换机制
胞外信号少部分可以直接跨过细胞膜系统引起生理反应,多数只有 在被膜系统上的受体(receptor)识别后,通过膜上信号转换系统, 转变为胞内信号,才能调节细胞代谢及生理功能。能与受体结合的特 殊信号物质称配体(Ligang)。受体可以是蛋白质,也可以是一个酶系。
1.受体与信号的感受:
激素受体,生长素受
体在细胞中的存在位 置有多种说法,但主 要有两种:
一种存在于质膜上 它 能促进细胞壁松驰, 是酸生长理论。
另一种存在于细胞质 (或细胞核)中 它能促 进核酸和蛋白质的合 成,是基因活化学说。
光受体:光敏色素。 迄今,光敏色素已 被纯化,基因克隆。 其中从藓类 (Certodon Rurpureus) 中克隆了一个新的 光敏色素基因,并 证实该光敏色素N端 (生色团所在)作 为光受体分子,C端 则在光刺激后产生 蛋白激酶活性。
受体存在部位 存在于细胞表面的细胞质膜受体,大多信号分子不能通过膜,信号分 子通过与细胞表面受体结合,经过跨膜信号转换,将胞外信号转至胞 内。 细胞内受体是存在于细胞内即细胞质或亚细胞组分(细胞核)上受体。
如下三类受体 植物激素受体(hormone receptor)能与激素特异结合并引 起特殊生理效应的物质,一般是属 于蛋白质。 光信号受体: 对红光和远红光敏感 的光敏色素(Pr、Pfr),对蓝光敏感 的蓝光受体(隐花色素)、对紫外光 敏感的紫外光受体(UV-B)。 感病诱导因子受体。
这些信号作用于植物体,先到达细胞间隙—胞间信号,再到达细胞表 面与细胞受体结合,通过跨膜信号转换,转变为胞内信号,将信息 转导到胞内的特定效应部位起作用,而产生细胞反应,调节植物体 的生长发育。
概念: 植物细胞信号转导(signal transduction)是指细胞耦联(感 受)各种刺激信号(包括各种内外刺激信号)与其引起特定生理效应 的一系列分子反应机制。胞间信号分子又称第一信使,而胞内信号 分子又称第二信使(是由胞外刺激信号引起改变的具有生理调节活 性的细胞内因子)。

植物发育生物学资料

植物发育生物学资料

植物发育生物学资料一、名词解释1、花器官发生ABC模型:完全花器官由花萼(1轮)、花瓣(2轮)、雄蕊(3轮)、雌蕊(4轮)组成。

A类(AP1、AP2)、B类(AP3/PI)、C类(AG)调控因子分别与SEP1、2、3形成不同的聚合体,分别在1轮(A)、2轮(AB)、3轮(BC)、4轮(C)控制相应部位花器官的分化和形成。

2、春化作用:是植物需要经过一段时间的低温处理才能开花的现象。

目前发现低温促进开花是由于三种蛋白VRN1、2、VIN3在低温下诱导表达,它们抑制开花负调控基因FLC的表达,从而促进开花。

3、光敏素(PHY):是一种N端感光区与线形四环吡咯发色团共价结合的蛋白质复合体,接收红光/远红光后,蛋白质的构象改变,C 端激酶活化,通过磷酸化将光信号传导下去。

4、根边界细胞:是生长到一定长度的根尖处由根冠外围细胞脱离的、有组织的活细胞,其功能是防御和帮助植物吸收营养。

环境因素和遗传因素控制边界细胞的释放。

5、近轴-远轴极性决定基因:近轴远轴特性是指以某器官中心轴为基准,近的是近轴,远的是远轴。

例如HD-ZIP III 类基因PHB、PHV、REV决定植物的近轴特性,抑制远轴特性。

KANl\2\3 类基因、YAB类的YAB3、FIL决定远轴特性,抑制近轴特性。

6、拟南芥生物钟分子结构:是由三个蛋白构成的一个光周期调控的反馈循环。

这三个蛋白是CCA1 、LHY 、TOC1 。

前两者被磷酸化后抑制TOC1 的表达,TOC1 转录翻译后促进CCA1 、LHY 的转录表达。

光通过光受体促进CCA1 、LHY 的表达,抑制TOC1 的表达。

7、隐花素:是吸收蓝光紫外光,在N 端非共价结合FAD 发色团,感受光能,并将能量传给C 端激酶区域,使具备进行磷酸化催化反应的能力的光受体蛋白。

植物中是CRY 。

(趋光素:是吸收蓝光紫外光,在N 端非共价结合FMN 发色团,感受光能,并将能量传给C 端激酶区域,使具备进行磷酸化催化反应的能力的光受体蛋白。

高等植物生理学-植物信号转导

高等植物生理学-植物信号转导

植物细胞对水力学信号(压 力势的变化)很敏感。玉米叶片 木质部压力的微小变化就能迅速 影响叶片气孔的开度,即压力势 降低时气孔关闭,反之亦然。
(三) 胞间信号的传递
1.化学信号的传递
1)
2)
3)
气相中传递 易挥发性化学信号可通过植株体内的气腔 网络扩散而迅速传递,传递速度可达2mm·s-1 左右。乙 烯和茉莉酸甲酯均属此类信号。 韧皮部传递 植物体内许多化学信号物质,如IAA、茉 莉酸甲酯、寡聚半乳糖、水杨酸等都可通过韧皮部途径 传递。 木质部传递 化学信号可通过集流的方式在木质部内传 递。土壤干旱胁迫时,根系可迅速合成并输出ABA。合 成的ABA可通过木质部蒸腾流进入叶片,并影响叶片中 的ABA浓度,从而抑制叶片的生长和气孔的开放 共质体和质外体途径,而长距离传递则是通过维管束。
胞间信号分子
信号传导的分子途径
环境刺激
第一信使
胞间信号传递 细胞外 膜上信号转换 蛋白激酶 细胞膜 胞内信号转导
cAMP
胞间信号
受体
膜上信号转 换系统
离子通道
G蛋白
效应器
第二信使 DAG IP3 Ca2+ Ca2+调节蛋白 PKC CaM结合蛋白 PK Ca2+ CaM PKCa
细胞内 蛋白质 可逆磷 酸化
信号转导:
刺激→受体→信号整合与放大→基因表达或酶活化→反应
(一)受体与信号的感受(刺激与感受)
受体(receptor)是指在效应器官细胞质膜上或亚细胞组 分中能与信号物质特异性结合,并引发产生胞内次级信号的 特殊成分。能与受体结合的特殊信号物质称配体(Ligand)。 受体可以是蛋白质,也可以是一个酶系。 受体的功能: 识别、接收信
(A) 细胞内受体蛋白作用模型; (B) 几种胞内受体蛋白超家族成员
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The BRI1 gene is expressed throughout the plant.
BRL1 and BRL3 are primarily expressed in vascular tissues.
Reproduced with permission from Cañ o-Delgado, A., Yin, Y., Yu, C., Vafeados, D., Mora-Garcí a, S., Cheng, J.-C., Nam, K.H., Li, J., and Chory, J. (2004). BRL1 and BRL3 are novel brassinosteroid receptors that function in vascular differentiation in Arabidopsis. Development 131: 5341-5351.
Bishop, G.J., and Koncz, C. (2002). Brassinosteroids and plant steroid hormone signaling. Plant Cell 14: S97-110.
Two additional BR receptors have restricted expression patterns
Binding of BL to BRI1 causes BKI1 to dissociate from it
No BL 5 min BL 10 min BL
Receptor (BRI1)
P P
In the absence of BL, BKI1 (labeled with YFP) is at the plasma membrane.
Nakamura, A., Fujioka, S., Sunohara, H., Kamiya, N., Hong, Z., Inukai, Y., Miura, K., Takatsuto, S., Yoshida, S., Ueguchi-Tanaka, M., Hasegawa, Y., Kitano, H., and Matsuoka, M. (2006). The role of OsBRI1 and its homologous gGenes, OsBRL1 and OsBRL3, in rice. Plant Physiol. 140: 580-590.
BRI1 signaling requires activation by a coreceptor BAK1; BAK1 is also a plasmamembrane associated kinase
Extracellular domain Cytoplasmic protein kinase domain
The BRI1 gene was identified through map-based cloning
BRI1
Reprinted from Li, J., and Chory, J. (1997). A putative leucine-rich repeat receptor kinase involved in brassinosteroid signal transduction. Cell 90: 929-938, with permission from Elsevier; Bishop, G.J., and Koncz, C. (2002). Brassinosteroids and plant steroid hormone signaling. Plant Cell 14: S97-110.
Summary – BR receptor action
Low BR
Low BR levels – receptor inactive and inhibited by BKI1
Wang, X., and Chory, J. (2006) Brassinosteroids regulate dissociation of BKI1, a negative regulator of BRI1 signaling, from the plasma membrane. Science 313:1118-1122. Reprinted with permission from AAAS
The rice BRL genes have a different expression pattern than BRI1
osbri1
osbri1
The rice OsBRI1 gene is preferentially expressed in shoots. A loss-of-function mutant shows severe dwarfing in the shoot but little change in root growth, suggesting an organ-specific role for OsBRL1 and OsBRL3.
The BRI1 receptor is a plasmamembrane localized LRR-RLK
BRI1 is a Leucine-rich repeat – receptor like kinase (LRR-RK) Leucine-rich repeat (LRR)
bri1
Trans-membrane domain Kinase Domain
bri1 loss-offunction mutant
Rescued by BRL1 or BRL3 expressed from BRI1 promoter
The BRL genes may encode receptors with cell-specific functions.
Reproduced with permission from Cañ o-Delgado, A., Yin, Y., Yu, C., Vafeados, D., Mora-Garcí a, S., Cheng, J.-C., Nam, K.H., Li, J., and Chory, J. (2004). BRL1 and BRL3 are novel brassinosteroid receptors that function in vascular differentiation in Arabidopsis. Development 131: 5341-5351.
The structure and related mutants of BRI1
By contrast, animal steroid receptors are intracellular
Steroids freely cross plasma membrane Steroid receptor
Wen-Hui Lin whlin@ 2014-09
Plant Steroid Hormones
Brassinosteroid signaling
A nice overview
?
Reprinted from Gudesblat, G.E., and Russinova, E. (2011). Plants grow on brassinosteroids. Curr. Opin. Plant Biol. 14: 530-537 with permission from Elsevier.
Graduate Level Course Plant Signal Transduction
Example for hormone signal transduction and hormonal regulating plant development: Brassinosteroids (BR)
PLANT LRR-RLKs are very abundant in plant and animal cells and bind a wide variety of signaling molecules. In plants LRR-RLKs are involved in developmental signaling and pathogen responses. ANIMAL
BRI1
BAK1
BAK1 was identified by an activation screenபைடு நூலகம்– a screen for plants that partially reverse the dwarf bri1-5 phenotype when overexpressed.
BAK1 has a cytoplasmic protein kinase domain but a smaller extracellular domain that does not bind BR.
When the receptor binds the hormone, the complex moves into nucleus, binds DNA and initiates transcription
Leucine-rich repeat receptor-like kinases (LRRRLKs) are prevalent
BRI1 signaling is negatively controlled by BKI1
Receptor (BRI1)
Low BR
Inhibitor (BKI1)
Wild-type BKI1 Arabidopsis overexpression BKI1 was identified through a search for proteins that physically interact with BRI1.
The protein encoded by BRL1 and BRL3 can function as receptors
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