酪氨酸蛋白磷酸酶调节蚕豆气孔运动的证据及其机制

论文题目: 酪氨酸蛋白磷酸酶调节蚕豆气孔运动的证据及其机制

论文类型: 博士论文

论文专业: 植物学

作者: 石武良

导师: 张蜀秋

关键词: 酪氨酸磷酸化作用,酪氨酸蛋白磷酸酶,气孔运动,信号转导,蚕豆

文献来源: 中国农业大学

发表年度: 2005

论文摘要: Ser/Thr和Tyr磷酸化在动物和酵母细胞的生长发育过程中都起重要的作用,但在植物细胞中仅确立了Ser/Thr磷酸化作用。到目前为止,植物细胞中还没有发现典型的酪氨酸蛋白激酶(Proteintyrosine kinase,PTK),因而忽视了对植物体内酪氨酸磷酸化作用的研究。最近的资料表明植物体内确实存在一些酪氨酸磷酸化蛋白(Phosphotyrosyl protein,PYP)和酪氨酸蛋白磷酸酶(proteintyrosine phosphatases,PTPases),因此在植物体内确立酪氨酸磷酸酶的功能具有重要意义。植物叶片表皮细胞上的气孔是由围绕小孔周围的一对保卫细胞组成的。气孔的开和关主要是通过大量的离子流进出保卫细胞使其膨压改变而调节的,它已成为研究植物细胞信号转导的一种模式材料。由于保卫细胞和周围表皮细胞不同,能够对各种内源信号和外界刺激产生迅速而可逆的反应,使植物能够适应环境,优化生长,因此保卫细胞的信号转导引起人们的浓厚兴趣。本研究以蚕豆叶片气孔保卫细胞为材料对PTPases参与气孔运动的调控及其作用机制进行了探索。保卫细胞质膜H+-ATPase在调节气孔张开的过程中起着关键的作用,但关于其抑制剂NaVO3在抑制气孔张开方面存在一些矛盾的结果。在实验中,我们观察到NaVO3几乎不能抑制光诱导的蚕豆气孔张开,却可以抑制黑暗和ABA诱导的气孔关闭。由于气孔开放是通过H+-ATPase的激活而不是抑制实现的,所以NaVO3对黑暗和ABA诱导的气孔关闭的抑制作用显然不是由于对H+-ATPase抑制的结果。鉴于NaVO3是哺乳动物系统中PTPases的抑制剂,最近的资料证明在植物中也存在PTPases,那么NaVO3对气孔运动的调节不同结果是否通过对PTPases活性调节实现的呢?本实验观察到PTPases专一性抑制剂,氧化苯胂(phenylarsine oxide,PAO)对气孔运动的影响与NaVO3有类似的效应,但其对气孔运动的调节作用比NaVO3要强烈的多。PAO可以抑制黑暗和ABA诱导的气孔关闭效应,并且可以使已经关闭的气孔重新张开。但PAO对光诱导的气孔张开几乎没有影响。二价Zn2+作为PTPases的一种抑制剂也可以部分抑制黑暗和ABA诱导的气孔关闭过程。实验结果初步证明PTPases参与蚕豆气孔关闭信号过程的调控。在蚕豆表皮检测到的PTPases酶活性:该酶活性最适pH在6. 0-7. 0之间,pH超过7. 5,其活性大大降低;PAO和NaVO3都可抑制该酶的活性:不同浓度的二价金属离子Ca2+和Mg2+对蚕豆表皮细胞中的PTPases几乎没有任何影响,但不同浓度的Zn2+可以抑制其酶活性,这一结果与Zn2+作为PTPases一种抑制剂,抑制ABA和黑暗诱导气孔关闭效应相一致。氧化还原条件也影响蚕豆表皮细胞的PTPases酶活性:PAO和H2O2都可以有效抑制蚕豆表皮PTPases的活性,加入还原剂DTT不能减弱PAO对PTPases的抑制作用,但可以解除H2O2对PTPases的抑制作用,即H2O2可使PTPases发生可逆失活。PTPases作用的底物应该是一些酪氨酸磷酸化的蛋白。使用anti-phosphotyrosine antibodyPT-66对保卫细胞中酪氨酸磷酸化蛋白进行的免疫荧光和免疫胶体金电镜定位的结果表明,在保卫细胞的细胞核、胞质、液泡、质膜和叶绿体中都有酪氨酸磷酸化蛋白的分布,其中细胞核和叶绿体中分布较多。表明PTPases对气孔运动的影响是多条途径相互交叉综合作用的结果。H2O2是ABA诱导气孔关闭的下游信号组分之一,但是对保卫细胞是如何调节并感知ABA诱导H2O2的产生这一信号过程的细节知之甚少。PTPases专一性抑制剂PAO不仅阻止ABA或HZo:诱导的蚕豆气孔关闭,也可以使ABA或HZO:诱导关闭的气孔重新张开,说明PTPases可能在HZO:的下游调节ABA诱导的蚕豆气孔关闭过程。队O也可抑制ABA诱导的蚕豆保卫细胞中HZo:的产生,MAPK专一性调节ABA诱导保卫细胞中HZo:的产生,不论在动物还是植物中,MAPK都是PTPaseS作川的一个土要靶位,推测PTPases可以.通过对MAPK的作用来调控ABA诱导的HZO:的产生。本研究中我们证明NavO3对气孔运动作用的矛盾实验结果可能是其影响PTPases的原因;PTPases主要参与气孔关闭信号过程的调控,抑制该酶的活性,阻断气孔的关闭过程,并能使关闭的气孔重新张开:并提出PTPases调控气孔运动信号转导的可能作用模式:PTPases既可以影响保卫细胞中ABA诱导产生HZO:的信号调一竹,又可能作为日20:的感受因子,感知产生的氧化还原信号,进一步放大、传递信号,最终导致气孔关闭。关键词:酪氨酸磷酸化作用;酪氨酸蛋白磷酸酶;ABA;气孔运动;HZOZ;信号转导; 蚕豆(巧eiafaba L.)

论文目录:

中文摘要

Abstract

缩写词

试剂

第一章文献综述

1PTPases的分类和特性

1.1PTPases的分类

1.2PTPases的特性

2植物体内的PTPases

3酪氨酸蛋白磷酸酶在植物体内的功能

3.1植物体内的PTPases参与MAPK信号系统的调节

3.2PTPases参与ABA信号途径的调节

3.3PTPases对植物生长发育的调节作用

4酪氨酸蛋白可逆磷酸化在细胞信号转导中的作用

4.1酪氨酸蛋白可逆磷酸化在酵母和动物细胞信号转导中的研究

4.2酪氨酸蛋白可逆磷酸化在植物细胞信号转导中的研究进展

5研究的目的和意义

第二章PTPases参与蚕豆气孔运动调控的实验证据

前言

1材料与方法

1.1实验材料和试剂

1.2气孔开度的测定

2实验结果

2.1钒酸钠对黑暗和ABA诱导气孔关闭的影响

2.2PAO对蚕豆气孔运动的影响

2.3Zn~(2+)对蚕豆气孔运动的影响

3讨论

第三章蚕豆表皮细胞中PTPases的酶学特性以及PYP的分布

前言

1材料与方法

1.1实验材料

1.2PTPase的提取及其脱盐

1.3蚕豆表皮细胞PTPase活性的测定

1.4保卫细胞中PYP的免疫荧光定位

1.5蚕豆保卫细胞中PYP的胶体金免疫电子显微镜定位

2实验结果

2.1PTPases的酶学特性

2.2PYP在保卫细胞中的免疫荧光定位

2.3PYP在保卫细胞中的免疫电镜定位

3讨论

第四章H_2O_2在植物细胞信号转导中的作用及其感受机制

1H_2O_2在植物体内的产生和清除机制

2H_2O_2在植物细胞信号转导中的作用

2.1H_2O_2与植物的过敏反应

2.2H_2O_2与细胞质中的Ca~(2+)

2.3H_2O_2与水杨酸

2.4H_2O_2与气孔运动

3H_2O_2的感受机制研究

第五章PTPases调节蚕豆气孔运动的作用机制

前言

1材料和方法

1.1实验材料和试剂

1.2表皮条生物学分析

1.3保卫细胞内H_2O_2的测定

2实验结果

2.1PAO对ABA诱导气孔关闭的影响

2.2PAO对H_2O_2诱导气孔关闭的影响

2.3PAO对ABA诱导H_2O_2产生的影响

3PAO对Ca(2+)诱导气孔关闭的影响

4讨论

结论与展望

1结论

2展望

致谢

个人简历

发布时间: 2005-06-13

参考文献

[1].微管生长驱动的囊泡运输参与拟南芥气孔运动的机制研究[D]. 王书伟.中国农业大学2015
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[3].气孔对活性氧介导的胁迫信号反应的分子和生理机制研究[D]. 安国勇.河南大学2008
[4].诱导型保卫细胞特异性启动子的构建及Atdof1.7基因超表达对气孔运动的影响[D]. 李军.中国农业大学2004
[5].拟南芥转录因子TGA7参与植物响应干旱胁迫的机制研究[D]. 吴娟娟.中国农业大学2014
[6].拟南芥RopGEFs与磷脂酸相互作用及GEF8在ABA信号介导的气孔运动中的功能研究[D]. 曹春燕.南京农业大学2014

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