植物环境应答过程中气孔运动的调控机制

发布者:张友朋发布时间:2015-08-12浏览次数:445

完成单位:青岛农业大学、中国农业大学、山东农业大学、青岛农业大学、中国农业大学

完成人员:刘新、张伟、王秀玲、侯丽霞、张蜀秋

获奖情况:2014年山东省自然科学三等奖

项目简介:本研究从组织和细胞水平,分子水平以及遗传学角度着重探讨了信号分子、细胞骨架和离子通道在调控气孔运动中的作用机制。一是,最先发现硫化氢(hydrogen surfide,H2S)和一氧化氮(nitric oxide,NO)是气孔响应外界刺激调控气孔运动信号转导途径中新的信号分子,并解析了其在气孔保卫细胞中的来源:证明H2S合成酶L-/D-半胱氨酸脱巯基酶(L-/D-cysteine desulfhydrase,L-/D-CDes)存在于气孔保卫细胞中,其中L-CDes蛋白位于保卫细胞细胞质中,D-CDes蛋白位于保卫细胞叶绿体中;NO合成酶一氧化氮合酶(nitricoxide synthase,NOS)类蛋白分布在气孔保卫细胞的细胞核、胞质、叶绿体、线粒体以及细胞壁上。二是,证明在气孔保卫细胞存在一条新的过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)合成途径多胺氧化酶(polyamine oxidases,PAO)途径,在气孔运动调控过程中来自PAO途径的H2O2与其他信号分子存在联系。三是,发现气孔运动过程中保卫细胞体积的动态变化与保卫细胞微丝骨架的动态排列相关。首次证明气孔关闭状态下,保卫细胞中液泡数量多、体积小,而气孔开放时,液泡数量少、体积大;证明保卫细胞中的液泡内腔是相互连通的。液泡之间的相互连通,有利于气孔运动过程中保卫细胞液泡迅速吸水和排水,有利于液泡体积和保卫细胞体积的迅速改变。四是,阐明了气孔运动过程中微丝骨架的随机动态与叶绿体运动、定位之间的关系。首次发现气孔运动过程中保卫细胞微丝骨架呈现滑动、成束和分支的随机动态变化方式。随叶绿体的运动,其周围的微丝也呈现切断和延伸的动态转变;微丝的滑动可能参与叶绿体的避光运动,而微丝的随机动态与气孔运动过程中叶绿体的定位有关。五是,首次发现保卫细胞膜上存在张力调节的和电压依赖的不同类型钙通道,证明钙通道活性均受微丝结构动态变化调节,且张力调节的钙通道参与了渗透势变化对保卫细胞胞质钙信号调控的过程,进一步阐明了离子通道在调控气孔运动中的作用机理。

该项目取得了丰富的成果,在《PLANT PHYSIOLOGY》、《PLANT CELL AND ENVIRONMENT》和《CHINESE SCIENCE BULLETIN》等国内外重要学术期刊上连续发表研究论文60余篇(其中被SCI收录论文32篇),这些论文多次被宋纯鹏、Luan Sheng和Costa Alex等国内外著名专家在《PLANT CELL》、《ANNUAL REVIEW OF PLANT BIOLOGY》和《PLANT JOURNAL》等生物学一流杂志正面引用(SCI他引总次数百余次,单篇最高SCI他引次数32次),对于植物气孔调控机制的研究产生了积极的推动作用。