细胞程序性死亡小结

类似PCD 现象的超微结构如质膜的变化，但 并没有检测到明显的DNAladder 等PCD 现象， 由此推测，淹水条件下玉米根尖细胞的死亡 是一种特殊的形式，既类似于PCD 现象，也 类似于细胞坏死现象。
3.2 温度与植物PCD
• 温度的变化也会直接影响到植物细胞的正常 生命活动，使部分器官乃至整个植株的生长 发育受到抑制。 • Koukalova 等报道，体外培养的烟草细胞在低 温胁迫下会出现梯状DNA 带、染色质浓缩等 典型的PCD 特征。
• 衰老过程中，合成代谢减少，核糖体数量 减少，这意味着蛋白质的合成减少，同时 也伴随着ｒＲＮＡ和ｔＲＮＡ的减少。紧 接着，在酶作用下，各种营养大分子物质 开始降解，如叶绿素、Ｒｕｂｉｓｃｏ （二磷酸核酮糖羧化酶）、色素结合蛋白 和脂肪等分解和水解。 • 叶片在形态上的黄化现象，通常作为植株 衰老的形态学标志。叶片衰老的一个重要 作用就是在叶子生长和成熟的过程中，组 成叶片细胞的物质被重新再利用和再运输， 以供给其它源器官。因此，叶片衰老也是 营养成分循环利用的过程，可为新器官提 供高效和经济的营养资源。
因这一死亡过程严格受到程序的控制, 又称 细胞程序性死亡（Progammed cell death， PCD）。 • 程序性死亡是生物体调节正常发育和抗病、 抗逆时不可缺少的一种生命活动, 是细胞生 命活动的基本特征之一 。
二、PCD在植物上的表现
2.1雄性不育与细胞程序性死亡 2.2叶片衰老与细胞程序性死亡 2.3抗病与细胞程序性死亡
• 植物与病原菌互作过程中发生的过敏性反应 ( hypersensit ive reaction, HR) 即是PCD 的重要 表现形式之一，是植物抵抗微生物入侵的早期 重要抗性反应之一, 对于植物抗病性十分重要。 • 植物与病原物互作过程中的HR 涉及了互作识 别、寄主细胞死亡、抗病防卫反应激活及病原 菌生长受抑制等多方面，是植物与病原菌不亲 和互作的最常见表型，最初表现为植物受不亲 和病原菌侵染后, 受侵细胞及邻近组织发生快 速和局部的死亡, 一般在寄主细胞受到病原菌
3.1 低氧与植物PCD 3.2 温度与植物PCD 3.3金属盐离子与植物PCD 3.4药物与植物PCD 3.5水分与植物PCD 3.6 光照辐射与植物PCD
3.1 低氧与植物PCD
• 淹水或水培中微生物和植物根的呼吸，降 低了植物根际氧的浓度而出现了低氧或无 氧状态，导致根部细胞发生PCD现象。 • 有研究表明，Ca2+ 和蛋白质磷酸化与植物 通气组织的形成有关：在正常供氧条件下 Ca2+ 通道抑制剂和蛋白质磷酸酯酶抑制剂 都能促进玉米根中细胞的死亡，而在低氧 的根中Ca2+ 螯合物EGTA 和蛋白激酶抑制剂 都能防止细胞死亡。Xiong 等报道，玉米根 尖细胞在淹水24 小时后细胞核出现明显类
• 植物个体产生局部获得抗性( local acquired resistance, LAR) 和系统获得抗性( systemic acquired resistance, SAR) , 对植物抗病性有重 要意义, 可为抗病品种筛选提供依据, 相关研 究有较强的理论意义和实践意义。
三、环境因子与PCD
侵染后24 h 内发生, 从而限制了病原菌的进 一步扩 展，是寄主的抗病基因与 病原菌的无毒基因相互识别后的早期事件。 • 进一步的研究表明,HR 细胞死亡并不是病原 菌侵染直接导致的结果, 而是在植物细胞内 在基因调控下的一种细胞自主死亡形式。 • 目前的研究认为植物发生PCD 及HR 与细胞 的多重防卫功能密切相关, 需要经过植物细 胞对病原菌的识别、识别信号传导及执行 细胞死亡机制的激活等系列程序来完成, 这 些功能包括活性氧爆发、植保素积累、细 胞壁结构变化及防卫基因激活等, 并且使
浅谈细胞程序性死亡（PCD)
主要内容
PCD的提出 PCD在植物上的表现 PCD与环境因子 PCD的检测方法 展望
一、PCD的提出
• 凋亡一词来源于希腊语, 原指树叶或花的自然 凋落。由英、美三位科学家在1972年首次提出, 于2002年获得诺贝尔医学奖。 • 细胞凋亡是指机体在一定生理、病理条件下为 维持内环境稳定, 通过基因控制而使细胞主动 有序的死亡, 表现一系列形态和生化方面的特 征。细胞凋亡是细胞正常的死亡,它涉及一系 列基因的激活、表达以及调控等作用,不造成 炎症和自体的损伤, 是细胞为了更好地适应生 存环境而主动争取的死亡过程。
2.2叶片衰老与细胞程序性死亡
• 叶片衰老过程中，结构首先发生变化的就 是叶绿体，基粒的结构和数量发生了变化， 形成了一种脂肪滴—质体小球。与之不同的 是，和基因表达有关的细胞核和线粒体直 到衰老，其结构还保持完整。叶片衰老的 最后阶段，液泡破裂、染色质聚集、ＤＮ Ａ形成梯带，最终质膜和液泡膜破裂，完 整细胞被破坏。
来自百度文库 3.5水分与植物PCD
• 曹慧等以苹果属抗旱能力较强的八棱海棠 和较弱的平邑甜茶水培幼苗为材料，模拟 水分胁迫进行研究发现，两个材料的出现 PCD 特征，由此表明，水分胁迫能诱导苹果 属植物发生PCD 现象，其中八棱海棠PCD 发 生的时间长于平邑甜茶。
• 谭冬梅等用聚乙二醇对苹果属植物平邑甜茶 和新疆野苹果幼苗进行水分胁迫处理，实验 结果表明，干旱胁迫可以诱导两种苹果属植 物发生PCD 现象，并且在PCD 发生过程中叶 片中都有类Caspase-3 蛋白酶的产生。 • 沈嘉和张振文用聚乙二醇处理酿酒葡萄赤霞 珠幼苗，在电镜下观察干旱胁迫不同时期其 叶片和根系的超微结构发现，叶片和根系中 均出现了细胞核和线粒体的变化，叶绿体也 出现典型的PCD 现象，由此说明干旱胁迫可 以诱导赤霞珠叶片及根系发生PCD 现象。
• 植物的叶片衰老是一种PCD，但它又有别于 其它PCD。 • 首先，衰老叶片的PCD最终导致整个叶片死 亡，而其它PCD一般只引起某种细胞类型或 组织的死亡。 • 其次，衰老叶片的细胞死亡速度要比其它 PCD慢。 • 最后，衰老叶片PCD的作用主要是营养成分 从叶片到其它器官重新分配的过程。
2.3抗病与细胞程序性死亡
4. 1. 2 荧光显微镜观察 • Hoechst 33342、Hoechst 33258、荧光双醋 酸酯( FDA) 、啶橙- 溴化乙锭(AO- EB) 双重染 色等染色方法可用于荧光显微镜观察。 Hoechst 荧光染料与DAN 的结合是非嵌入式 的, 主要结合在DNA 的A- T 碱基区, 紫外光激 发时发射明亮的蓝色荧光。荧光双醋酸酯 ( FDA) 染色后在荧光显微镜下呈绿色荧光。 • 形态学观察鉴定PCD 细胞, 优点是简便易行, 经济, 可定性定位。但特异性差, 无法定量, 尤其在死亡类型复杂时, 难以准确判断。
• 在分子生物学上，植物细胞发生PCD 后, 核 内DNA 被诱导产生的核酸内切酶从核小体 间降解断裂, 出现带有3，- OH 端、大小不 同的寡聚核小体片段( TUNEL 阳性, 即末端脱 氧核苷酸转移酶介导的dUTP 切口末端标记 阳性) , 这些片断在凝胶电泳上表现为180 bp 倍增的梯状DNA 条带。 • 已有的研究虽然在鉴定PCD的相关信号、蛋 白、基因等方面取得了一些重要的进展, 但 是关于PCD的精确机制还不清楚。
3.6 光照辐射与植物PCD
• 光照辐射如紫外线（Ultraviolet）等可以诱 导植物发生PCD现象。 • 在拟南芥中，Danon 等报道了过量的UV-C 照射能引起拟南芥细胞发生明显的PCD 现象。 Zhang 等进一步研究发现，在过量的UV-C 照射引起拟南芥细胞发生PCD 现象的过程中， Caspase-3-like 蛋白酶活性起到了关键作用， 并开创了一项在生物活体内实时检测 Caspase-3-like 蛋白酶活性的FRET （Fluorescence Resonance Energy Transfer） 方法。
四、PCD的检测方法
4. 1形态学检测
4. 1. 1 光学显微镜观察 4. 1. 2 荧光显微镜观察 4. 1. 3 电镜观察
4. 2 分子生物学方法检测
4. 2. 1 DNA ladder 法 4.2.2 末端转移酶介导的缺口末端标记法
4. 3 生物化学方法
酶联免疫法
4. 1形态学检测
4. 1. 1 光学显微镜观察 • 用苏木素- 伊红(HE) 染色: 细胞核固缩碎裂、 呈蓝黑色、胞浆呈淡红色( PCD 细胞) , 正常 细胞核呈均匀淡蓝色或蓝色, 坏死细胞核呈 很淡的蓝色或蓝色消失。也可用Trypan Blue 染色, 死细胞能被染成蓝色, 而活细胞不被染 色。
4. 2. 1 DNA ladder 法 • DNA ladder 是PCD 诊断的经典方法之一。 发生PCD 的细胞经电泳染色后, 可观察到 DNA ladder 现象。该法操作简单, 定性准 确, 并可定量检测。
• 4.2.2 末端转移酶介导的缺口末端标记法 ( terminal deoxynucleotidyl transferase mediated dTUP nick end labeling, TUNEL) • 这是目前原位检测细胞凋亡最敏感、快速、 特异性强的新方法, 具有广泛的应用前景。 • 其原理是:细胞PCD 的重要特点是DNA 断裂 降解成不同倍数碱基对的核苷酸片段。末端 转移酶TdT 可催化在DNA 片段的3， - OH 末 端合成多核苷酸聚合物的反应, 即DNA 片段 加尾。利用末端转移酶TdT 将标记的脱氧核 苷酸转移到DNA 缺口或末端的3，- OH 上,
• 植物PCD的发生机制是非常复杂的。 • 在形态学上，发生PCD 的植物细胞先以细胞 质和细胞核浓缩、染色质边缘化为特征, 随 后由膜包围DNA 片段形成凋亡小体, 主要表 现为: 细胞骨架破坏, 体积缩小, 密度增大; 染 色质凝集、断裂、趋于边缘化; 内质网起泡, 并与细胞膜融合, 形成细胞质气泡。
• 何文锦等发现，低温胁迫下灰木相思的组培 苗细胞核出现明显的PCD 特征，且组培苗细胞 对低温的耐受性是有限的。
3.3金属盐离子与植物PCD
• 金属盐离子如铝（Al）、镉（Cd）、铁（Fe） 等均能诱导植物发生PCD 现象。 • Panda 等报道，用50μmol/L 的铝处理烟草悬浮 细胞18h 出现了细胞色素c 泄漏、ATP 含量下降、 线粒体膜结构不正常、核DNA 片段化等现象。 Wang 等对烟草悬浮细胞研究发现，Bcl-2 的同 源基因Ced-9 基因表达可提高烟草抵抗铝毒害 的能力。有研究表明，400μmol/L 的铁离子能 诱导水稻IR64 根尖细胞发生PCD 现象，并引起 了SOD、POD和CAT 含量的显著变化。
4. 1. 3 电镜观察 • 细胞死亡的某些特性, 特别是早期核和细胞 器的变化, 在光镜下不能发现, 应借助于电镜 观察。透射电镜是观察细胞PCD较为精确的 方法, 细胞核和细胞器亚显微结构清晰易辨, 可同时反映细胞膜的完整性、细胞核的改 变等, 能发现早期细胞死亡事件。
4. 2 分子生物学方法检测
• Zuppini 等研究表明，大豆悬浮细胞在44℃ 下处理2h，经过24h 恢复后进行HO/PI 双染 发现有50%的细胞染色质凝集，20%的细胞 被碘化丙啶(PI)染色，并且TUNEL 检测呈阳 性，说明细胞发生PCD 使DNA 降解。
3.4药物与植物PCD
• 有关药物诱导植物PCD 的研究也很多。 • 任丽梅等研究表明，经过一定浓度过氧化氢处 理后的小麦悬浮细胞表现出典型的PCD 特征， 并且随着过氧化氢浓度的增加以及处理时间的 延长细胞死亡率逐渐上升。 • Yakimova 等发现，乙烯本身不能诱导西红柿悬 浮细胞PCD，但却能促进镉介导的西红柿悬浮 细胞发生PCD 现象。Shkute 等则认为，DNA 甲 基化抑制剂5- 氮杂胞苷（5-Azacytidine）可以 抑制暗培养导致的大麦第一片叶细胞发生的 PCD 现象。
2.1雄性不育与细胞程序性死亡
• 如果启动PCD程序的基因发生突变, 或由于 环境因素的改变使PCD程序不能启动或死亡 程序执行过程中被提前终止都会使花粉育 性发生变化。目前, 已在拟南芥、水稻、板 栗、白菜中发现了因相关的程序性死亡而 引起的雄性不育现象, 并且已在细胞生物学 和分子生物学水平上进一步证实是通过细 胞程序性死亡过程而引起的雄性不育。