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异三聚体G蛋白调控的离子流动参与了细胞外ATP调控的拟南芥气孔运动

作　者: 王伟霞
导　师: 尚忠林
学　校: 河北师范大学
专　业: 植物学
关键词: 细胞外ATP ROS 异三聚体G蛋白 Ca2+ 质子泵气孔
分类号: Q945
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 55次
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内容摘要

气孔运动关系到植物与外界环境气体和水分的交换,气孔运动的调节机理是植物生理学研究的重要内容。细胞外ATP(extracellular ATP,eATP)作为一种信使分子,通过其特定的信号转导机制参与细胞代谢、生长和发育过程的调控。本文研究了eATP对气孔运动的影响,并对其信号转导过程中可能的信号传递组分进行了探索。我实验室已经完成的研究结果显示,eATP能够作为信使分子促进拟南芥气孔开放,保卫细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)在eATP信号转导过程中发挥介导作用,异三聚体G蛋白α亚基参与了eATP诱导ROS合成、促进气孔开放的过程。但是,对于eATP信号转导过程中活性氧下游的生理变化还不清楚,异三聚体G蛋白其他两个亚基(Gβ、Gγ)在eATP调节气孔运动的信号转导过程中是否发挥作用也不清楚。因此,本文以拟南芥野生型、异三聚体G蛋白基因缺失突变体和超表达株系、活性氧合成的关键酶—NADPH氧化酶的基因缺失突变体为材料,采用表皮条生物分析、激光共聚焦显微技术、非损伤微测技术对异三聚体G蛋白和ROS在eATP调节保卫细胞Ca2+流和H+流的过程中发挥的作用进行了探索。结果表明:异三聚体G蛋白β、γ亚基基因缺失突变体在外加ATP处理之后,气孔开度明显增大,突变体及其野生型气孔对eATP刺激的反应没有明显差异;ATP处理后,野生型和突变体保卫细胞内ROS含量都有显著升高。这些结果显示,Gβ、Gγ可能不参与eATP诱导胞内ROS升高、促进气孔开放的过程。为进一步探索eATP调节气孔运动的生理机制,我们利用非损伤微测技术测定了eATP处理后拟南芥保卫细胞Ca2+流和H+流的动态变化。结果显示,在eATP处理之后,保卫细胞跨膜Ca2+内流增加;在Gα基因缺失突变体中,外加ATP对Ca2+流没有产生明显的影响,而在Gα基因超表达株系中,Ca2+内流显著增强,Gβ、Gγ基因缺失突变体Ca2+流对eATP刺激的反应与野生型没有明显差异。在NADPH氧化酶的基因缺失突变体中,eATP处理几乎没有引起Ca2+流的变化。这些结果表明,eATP可能通过活性氧促进钙离子内流促进气孔开放,在此过程中,Gα起到了重要的介导作用,而Gβ、Gγ未参与其中。H+流检测的结果显示,eATP处理引起保卫细胞跨膜H+外流增加。在NADPH氧化酶的基因缺失突变体中,eATP处理没有引起H+流的变化。在Gα基因缺失突变体中,外加ATP对H+流几乎没有影响,而在Gα基因超表达株系中,H+外流明显增强;Gβ、Gγ基因缺失突变体与野生型之间没有明显差异。这表明eATP可能通过ROS激活细胞质膜质子泵、促进细胞向外排放H+离子,并最终促进气孔开放程度加大。在此过程中,Gα可能参与了信号转导过程,而Gβ、Gγ未参与。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
文献综述  11-22
  1 ATP 信号研究进展  11-15
    1.1 动物细胞eATP 的生理作用和信号转导  11-12
    1.2 植物细胞eATP 的生理作用和信号转导  12-15
  2 植物异三聚体G 蛋白研究进展  15-17
    2.1 植物异三聚体G 蛋白的结构及活化机制  15
    2.2 植物异三聚体G 蛋白在植物生理过程中的重要作用  15-17
  3 气孔运动中的信号研究进展  17-20
    3.1 异三聚体G 蛋白在气孔运动中的作用  17
    3.2 离子通道在气孔运动中的作用  17-18
    3.3 光在气孔运动中的信号转导  18-19
    3.4 质子泵在气孔运动中的作用  19
    3.5 活性氧在气孔运动中的作用  19-20
  4 非损伤微测技术在植物学上的研究进展  20-22
引言  22-25
材料和方法  25-30
  1 实验材料  25
  2 试剂  25
  3 实验方法  25-30
    3.1 拟南芥种植方法  25-26
    3.2 突变体鉴定  26-27
    3.3 表皮条生物分析  27
    3.4 激光共聚焦显微技术（CLSM）测定保卫细胞内ROS 的变化  27-28
    3.5 非损伤微测技术(SIET)测定保卫细胞Ca2+流和H+流的变化  28-30
结果与分析  30-51
  1 实验所用突变体材料的遗传背景鉴定  30-31
  2 细胞外ATP 在气孔运动过程中的作用  31-33
    2.1 细胞外ATP 对气孔运动的影响  31
    2.2 eATP 受体抑制剂对ATP 促进气孔运动效果的影响  31-32
    2.3 Gβ、Gγ突变体对于外加ATP 的反应  32-33
  3 ROS 在eATP 调节气孔运动过程中的作用  33-37
    3.1 ROS 在外加ATP 促进气孔开放过程中的作用  33-34
    3.2 Gβ、Gγ突变体中，活性氧参与了eATP 促进气孔开放的过程  34-35
    3.3 细胞外ATP 促进保卫细胞ROS 升高  35-37
  4 Ca2+跨膜流动参与了eATP 促进气孔开放的过程  37-44
    4.1 Ca2+在细胞外ATP 促进气孔开放过程中的作用  37-39
    4.2 不同形式ATP 对拟南芥保卫细胞跨膜Ca2+流动的影响  39-40
    4.3 腺苷三磷酸结构完整性对拟南芥（Col-0）保卫细胞跨膜Ca2+流动的影响  40-41
    4.4 异三聚体 G 蛋白在eATP 诱导保卫细胞周边溶液Ca2+内流过程中的作用  41-43
    4.5 ROS 在eATP 诱导保卫细胞周边溶液Ca2+内流过程中的作用  43-44
  5 质膜质子泵在eATP 调节气孔运动中的作用  44-51
    5.1 保卫细胞质膜质子泵在细胞外ATP 促进气孔开放过程中的作用  44-47
    5.2 异三聚体G 蛋白对eATP 诱导保卫细胞周边溶液H+外流过程的影响  47-49
    5.3 NADPH 氧化酶在eATP 促进保卫细胞H+外流过程中的作用  49-51
讨论与结论  51-57
  1 ATP 受体可能存在并参与细胞外ATP 促进气孔开放的过程  51
  2 异三聚体G 蛋白参与细胞外ATP 促进气孔开放的过程  51-52
  3 异三聚体G 蛋白参与细胞外ATP 诱导胞内ROS 升高的过程  52
  4 eATP 通过影响Ca2+流动调节气孔运动  52-53
  5 异三聚体G 蛋白和ROS 参与eATP 影响Ca2+流动的过程  53-54
  6 eATP 通过激活质子泵影响H+流动调节气孔运动  54-55
  7 异三聚体G 蛋白和ROS 在eATP 调节H+流过程中发挥作用  55-57
参考文献  57-67
致谢  67-68
攻读学位期间论文及论著发表  68

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