植物激素研究进展

（三）代谢调节
1、环境因子：光、干旱、温度、矿质元素
2、植物激素 （1）生长素：外源生长素处理促进结合态生长素形成；改变IAA 氧化酶同工酶组成。 （2）细胞分裂素：6-BA处理减少植物体内IAA含量；降低了IAA 的代谢速率。
（3）赤霉素：GA处理增加植物体内IAA含量；抑制结合态生长素 形成。
4、还原作用 玉米素经还原作用形成二氢玉米素，二氢玉米素在植物体内比玉米 素稳定。
二、细胞分裂素的作用机理
（一）细胞分裂素的结合蛋白（“受体”） 在核糖体、线粒体、叶绿体和染色质上发现CTK受体，可能调控 翻译、衰老和转录过程。 （二）细胞分裂素的信号转导 1、与钙信使的关系
2、与蛋白激酶的关系
第四节
（4）乙烯：
（5）脱落酸：
3、酚类物质： （1）抑制IAA与氨基酸结合
（2）影响吲哚乙酸侧链氧化 一元酚、间二酚类促进氧化，邻二酚 和对二酚抑制其氧化。
左：野生型烟草
右：过量产生IAA的转基因烟 草（IAA含量比野生种高5倍）
二、生长素的作用机理
（一）酸生长学说
要点 （1）原生质膜上存在着非活化的质子泵，生长素作为泵的 变构效应剂，与泵蛋白结合后使其活化；（2）活化了的质子泵消 耗能量（ATP）将细胞内的H+泵到细胞壁中，导致细胞壁基质溶液 PH下降；（3）在酸性条件下， H+一方面使细胞壁中对酸不稳定的 键（如氢键）断裂，另一方面使细胞壁中的某些多糖水解酶（纤维 素酶）活化或增加，从而使连接木葡聚糖与纤维素微纤丝之间的键 断裂，细胞壁松弛；（4）细胞压力势下降，导致细胞水势下降， 细胞吸水，体积增大而发生不可逆增长。
2、植物防卫信号
诱导几丁质酶和β-1，3葡聚糖酶基因表达
第六节 其他“植物激素”
一、系统素（systemin sys）
1991年发现，18个氨基酸组成的多肽 1、生理功能 抗虫、抗病 2、作用模式：诱导蛋白酶抑制剂基因表达
二、茉莉酮酸（jasmonic acid，JA）
1971年发现
由α-亚麻酸合成，脂肪氧化 酶、丙二烯氧化物合酶（AOS）
2、化学抑制剂
（1）磷酸吡哆醛抑制剂：氨基乙氧基乙烯基甘氨酸（AVG）、
氨 基氧乙酸（AOA） （2）钴 （ 3）二硝基苯酚（DNP） 3、物理伤害及逆境
4、光和CO2
光抑制乙烯合成，高浓度的CO2促进绿叶中乙烯合成
二、乙烯作用机理 （一）乙烯受体
1、乙烯传感蛋白（ethylen sensor protein ETR1）
（二）促进茎的伸长
1、细胞壁伸展性
（1）影响微管蛋白基因表达 （2）增加木葡聚糖内转糖基酶（XET）活性 （3）刺激Ca2+从细胞壁释放 2、液胞膜内在蛋白（TIP）
TIP基因对细胞延长和分化有控制作用，其表达是受GA诱导的。
（三）对花、果、种子发育的作用
GA在花冠和花药发育中起信号作用
拟南芥GA信号传导途径模式图
使植物“定向”生长。
第一节 生长素类
吲哚乙酸、吲哚丁酸、4-氯吲哚乙酸、苯乙酸为植物激素，
2，4-二氯苯氧乙酸、萘乙酸为生长调节剂。
一、生长素的合成与代谢：
（一）合成：
1、由色氨酸合成吲哚乙酸途径 （1）吲哚乙醛肟途径（芥菜科、禾本科、香蕉科） 色氨酸 吲哚乙醛肟 吲哚甲基芥子油苷 吲哚乙腈 吲哚乙酸 （2）色胺途径（不常见） 色氨酸 色胺 吲哚乙醛 吲哚乙酸 （3）吲哚丙酮酸途径（主要途径）
1、形成结合态细胞分裂素
与葡萄糖、丙氨酸、核糖、木糖结合 0-葡糖基化的CTK （可逆失活）
N-葡糖基化的 CTK（失活）
氨基酸缀合物 （失活）
2、水解作用
通过水解酶水解结合态CTK
核苷酸酶催化iPMP 腺苷酸酶催化iPA PA iPA
β-葡萄糖苷酶催化CTK-O-G苷键水解 3、氧化作用
细胞分裂素氧化酶，是一种含铜的胺氧化酶，利用氧为氧化剂， 与CTK分子的不饱和异戊烯支链作用，使支链分离，CTK失活。故 Z、ZR、iPA、iP是该酶的底物，而diHZ、KT、6-BA不被该酶水解， 在体内稳定。
二、赤霉素的作用机理
（一）对α-淀粉酶的作用 1、受体：以光亲和标记的GA原位探测燕麦糊粉层，发现一种能 与具生物活行GA特异性结合的60KD蛋白质，位于质膜的外侧。 2、基因表达的控制：增加细胞的α-淀粉酶mRNA数量，即增加 特异性α-淀粉酶基因的转录速率；对GA调节基因的启动子也有许多 研究；GA促进内质网中Ca2+和细胞内CaM的增加，而ABA对其有抑 制作用。
（4）抑制顶端生长
2、作用机理 （1）生热 激活抗氰呼吸 （2）抗病 过氧化氢酶 和抗病相关的酶活性的关系 病程相关蛋白
四、多胺（polyamines，PA）
1、生理作用
（1）促进生长
（2）延缓衰老 （3）提高抗性 （4）其它
野生型和腺苷蛋氨酸（SAM） 脱羧酶反义转基因土豆植株的 表型比较
植物激素研究进展
◆植物激素（plant hormones）：植物体内天然存在的一系列有机化 合物，在体内含量非常低，调控植物生命活动的整个过程。
特点（1）产生于植物体内的特定部位，是植物在正常发育过程 中或特殊环境影响下的代谢产物；（2）能从合成部位运输到作用 部位；（3）不是营养和结构物质，仅以很低的浓度产生各种调控 作用。
◆植物生长调节剂（plant growth regulators）：具有与内源激素相似 的生理活性或能影响内源激素合成、运输、代谢或生理作用的人工 合成的化合物。
◆植物生长物质（plant growth substances）：植物激素和植物生长 调节剂的统称。
研究目的：
通过对植物体内激素的合成、代谢、运输与分布的研究 : （1）了解植物生长发育的基本规律； （2）进行有效的遗传调控、化学调控、环境调控，从而
细胞如何感受ABA？
寻找ABA的历程？
ABA诱导气孔关闭 左: pH6.8, 50mmol L-1 KCl 右: 转移至添加10μmol L-1 ABA的溶液中， 10~30min内气孔关闭
ABA受体：GCR2, G蛋白偶联的受体
Science. 2007，315:1712-6 Ma L et al
1、遗传因子 ABA过量型突变体 ABA欠缺型突变体 2、环境因子
干旱、盐渍、寒冷、红光/远红光、黑暗等
3、化学因子 植物生长延缓剂的三氮唑类能抑制ABA的氧化降解。 4、生理因子 基质PH 与ABA代谢相关的酶
气孔关闭
种子成熟 促进休眠
ABA
生长调控
增加抗性
二、脱落酸的作用机理
（一）ABA受体 （二）ABA信号的转导
质膜
早期GA反应基因
早期 GA反 应基因
(Stephen et al.,2004)
第三节 细胞分裂素
一、细胞分裂素的合成与代谢
（一）合成
1、细胞分裂素直接从头合成途径 前体：5‘-AMP和DMAPP（二甲基丙烯焦磷酸） 关键酶：异戊烯基转移酶 2、tRNA途径
3、细菌中能合成细胞分裂素
（二）代谢
色氨酸
吲哚丙酮酸
吲哚乙醛
吲哚乙酸
2、由吲哚乙腈合成吲哚乙酸（十字花科）
吲哚乙腈 腈水解酶 吲哚乙酸
3、由非吲哚化合物合成吲哚乙酸 前体：邻氨基苯甲酸 4、细菌的吲哚乙酸合成
色氨酸
吲哚乙酰胺
吲哚乙酸
该途径在正常高等植物中不普遍，但它是植物冠瘿瘤（Crown gall）形成的生化特性之一。土壤农杆菌、假单胞杆菌、根瘤菌都 能诱发植物冠瘿瘤。农杆菌质粒是植物基因工程的重要载体。
进展 （1）生长素加强由内质网向质膜的膜流动；（2）生长素 提高质膜上H+-ATP酶的量；（3）蛋白质抑制剂抑制生长素引起的 胚芽鞘伸长，也快速抑制生长素引起的质膜上H+-ATP酶含量的增加； （4）mRNA合成抑制剂抑制生长素引起的质膜上H+-ATP酶含量的 增加；（5）生长素引起的胚芽鞘切段的伸长速度与H+-ATP酶水平 的变化密切吻合。
1、结构
拟南芥ETR1
2、功能
转etr1基因的乙烯不敏感突变体
2、乙烯反应传感蛋白（ethylene response sensor ERS）
（二）组成型三重蛋白（constitutive triple
response CTR1）
（三）乙烯信号转导途径
1、乙烯促进β-1、4葡聚糖酶和多聚半乳糖醛酸酶的mRNA合成
（二）代谢
1、侧链氧化
IAA通过IAA氧化酶或过氧化物酶催化使IAA侧链氧化脱羧
2、吲哚核氧化 在水稻、玉米及蚕豆组织内发现的IAA的氧化可发生在吲哚 核的第二与第三位，氧化产物有氧吲哚乙酸及二氧吲哚乙酸。 3、与糖类、氨基酸和肌醇结合形成结合态IAA 4、与蛋白质结合 发现与玉米种子贮 藏蛋白结合
（三）ABA对基因表达的调控
1、对种子成长期间基因表达的调控
调控种子贮藏蛋白基因的表达。 2、对营养生长期间基因表达的调控 逆境下在植物根、茎、叶中有ABA反应性基因产物积累。
第五节 乙烯（ethylene）
一、乙烯的生物合成与代谢
（一）合成
1、ACC合成酶
2、ACC氧化酶
3、ACC的其它代谢 ACC+丙二酰基CoA 4、乙烯生物合成的基因工程 利用反义RNA技术克隆反义ACC合成酶和反义ACC氧化酶抑制这 两种酶基因的表达。 N-丙二酰基ACC（MACC）+CoA
第二节
（一）合成：
赤霉素
一、赤霉素的生物合成与代谢
1926年发现，1956年证实为激素，现发现125种。生殖器官 含量高（3-4ug.g-1)，营养器官含量低（1-10ng.g-1)
(二）代谢
1、2β-羟化使有活性的内源赤霉素失活
2、赤霉素与葡萄糖形成结合态，结合位置一般在赤霉素的羟 基和第7位上的羧基。
脱落酸
*脱落酸并不诱导脱落 *脱落酸也不是抑制型激素，是一个“全能型”激素
一、脱落酸的合成与代谢
（一）合成
ABA合成部位主要是根冠和萎蔫的叶片，在茎、种子、花和 果实等器官中也能合成。 1、C15直接途径
2、C40间接途径
（二）代谢
1、形成结合态ABA
2、氧化降解 3、还原降解
（三）脱落酸合成和代谢的调控
（三）赤霉素合成与代谢的调控
1、遗传因子
研究材料：单基因突变产生的矮化品系 （1）对外源GA敏感的突变体：限制GA合成 （2）对外源GA不敏感的突变体：受体缺乏或信号转导受阻
施加GA对豌豆幼苗茎 延长影响（左）CK， （右）处理7天的植株
用GA处理矮化水稻，3天后促进 叶鞘延长（左）CK
2、环境因子
转反义ACC氧化酶基因 番茄（左）
（二）代谢
乙烯代谢可产生CO2或氧化乙烯或乙二醇，乙烯扩散到大气中 可能是乙烯丢失的主要途径。
（三）乙烯生物合成的调控
1、植物激素 生长素促进乙烯的合成
脱落酸抑制因老化、缺水引起的乙烯合成
细胞分裂素对生长素或凋萎引起的ACC合成有刺激作用 乙烯在成熟果实中，促进乙烯合成，其它组织中抑制乙烯合成 多胺抑制乙烯合成
（二）基因表达学说
1、RNA水平上的研究 生长素反应性RNA
2、DNA水平上的研究 生长素诱导的基因克隆及其启动子研究 3、蛋白质研究：
（三）生长素受体（Auxin binding protien 简称ABP）
1、ABP1 位于内质网膜上的ABP，占膜ABP的95%。一级氨基 酸序列含有由38个氨基酸组成的N-末端疏水先导序列和成熟蛋白的 163个氨基酸，是一个23kDa蛋白质小家族，负责细胞伸长。 2、ABP3 位于质膜上的ABP，与IAA结合，可激活质膜上的H+ATP酶活性。 3、SABP 位于细胞液/细胞核可溶性ABP，与IAA结合，促进 mRNA合成。
（1）日照长度：长日照促进GA合成
（2）远红光增加某些植物GA的含量。 （3）低温：
需要低温处理的胡萝卜变种中，GA对开花的影响。 （左）CK，（中）GA处理，（右）低温处理
3、化学因子
Leabharlann Baidu
（1）反馈抑制作用：异戊烯焦磷酸等中间产物
（2）植物生长延缓剂的抑制作用：抑制GA的合成 抑制环化：抑制由GGPP到内-贝壳杉烯过程 如CCC 抑制氧化：抑制由内-贝壳杉烯到内-异贝壳杉烯酸过程 如多效唑
1、生理功能
（1）抑制萌发和生长
（2）促进不定根形成 （3）促进衰老 （4）提高抗性 2、作用机理
（1）基因表达调控
诱导营养贮藏蛋白-脂氧合酶基因、蛋白 酶抑制剂基因、核糖体失活蛋白基因等表 达 （2）信号转导 是一个创伤诱导内源信号分子
三、水杨酸（salicylic acid SA）
由莽草酸途径形成 1、生理作用 （1）生热效应 （2）诱导开花 （3）增强抗性