非生物逆境胁迫下植物钙信号转导的分子机制.pdfVIP

植物学通报Chinese Bulletin of Botany 2007, 24 (1): 114 122, .专题介绍. 非生物逆境胁迫下植物钙信号转导的分子机制 * * 张和臣, 尹伟伦 , 夏新莉 北京林业大学生物科学与技术学院, 北京 100083 摘要 Ca2+作为植物细胞中最重要的第二信使, 参与植物对许多逆境信号的转导。在非生物逆境条件下, 植物细胞质内的钙离 子在时间、空间及浓度上会出现特异性变化, 即诱发产生钙信号。钙信号再通过其下游的钙结合蛋白进行感受和转导, 进而在细 胞内引起一系列的生物化学反应以适应或抵制各种逆境胁迫。目前在植物细胞中发现Ca2+/CDPK、Ca2+/CaM和Ca2+/CBL 3类 钙信号系统, 研究表明它们与非生物逆境胁迫信号转导密切相关。本文通过从植物在非生物逆境条件下钙信号的感受、转导到 产生适应性和抗性等方面, 介绍钙信号转导分子机制的一些研究进展。 关键词 非生物胁迫, 钙信号, 分子机制, 信号转导 张和臣, 尹伟伦, 夏新莉 (2007). 非生物逆境胁迫下植物钙信号转导的分子机制. 植物学通报 24, 114-122 . 低温、干旱和盐害等一些非生物胁迫严重影响植 1 植物对逆境信号的感受及钙信使的 物的生长和发育(X iong et al., 2002) 。植物为适应各种 产生 外界环境刺激, 以最大限度的减少逆境对自身的伤害, 在 长期的进化过程中, 从对逆境信号的感知、胞间转导和 植物对干旱、低温及盐害等逆境条件感受能够引发细 传递到最终表达各种逆境基因, 产生适应性, 形成了一系 胞内多条信号转导途径。而细胞外部的这些逆境信号 列复杂的逆境信号传递的分子机制。其中, 钙离子作为 需要细胞感受并跨越细胞膜才能把信息输进细胞, 从而 胞内的第二信使, 在植物对各种逆境信号的转导中起着 诱导相应基因的表达, 产生各种生物反应。虽然到目前 重要作用(Gilroy and Trewavas, 2001) 。 为止还没有发现在植物细胞膜上存在能够感受干旱、 植物在很多非生物胁迫下, 其细胞质中的钙离子浓 低温以及盐害等逆境的受体, 但是这些逆境条件会引起 度会出现特异性的变化。一般认为, 细胞质中的这种钙 细胞膜渗透压的增加(Boudsocq and Lauricre, 2005), 离子浓度的特异性变化是它作为细胞次级信使来区分 会引起细胞质壁之间的机械胁迫以及影响膜的流动性 不同原始信号的一种反应, 并通过与它的作用介质—— 等。植物体通过膜的这些变化将外界的这些环境刺激 钙结合蛋白相互作用而将信号继续向下游传递, 进而在 间接由膜上的受体发生感应, 受体接到信号后, 再通过膜 细胞内引起一系列的生物化学反应以适应或抵制各种 上一系列磷酸化反应(主要是G 蛋白、磷脂酶介导)激活 胁迫 。 膜上的钙离子通道, 引起钙离子从钙库释放到细胞质, 从 由于干旱和盐碱等自然灾害是未来农林业面临的 而导致细胞质内钙离子浓度增加(Chinnusamy et al., 重大难题, 因此, 通过研究逆境胁迫下钙信号的转导机 2004), 即诱发植物细胞产生了钙信号, 并完成了由膜外 制, 进而了解植物的抗逆分子机制, 对我们以后进一步 到膜内的信号传递过程。但不同的逆境胁迫引发的钙 通过分子育种手段来提高植物的抗逆特性具有重要的 信号, 在变化幅度、时间及空间分布上有所不同, 即产 意义 。 生了不同特征的所谓 “钙信号”(Ca2+ signature) 。如 收稿日期: 2006-04-04 ; 接受日期: 2006-08-04 基金项目: