油菜素內(nèi)酯(BR)與Ca2+-CaM信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系.pdf

1、油菜素內(nèi)酯(Brassinosteroid，BR)是調(diào)控植物生長發(fā)育的一類非常重要的激素，對株高、葉夾角、育性等重要農(nóng)藝性狀均具有調(diào)控作用，并可提高植物對逆境（寒、冷、鹽、旱、高溫、低氧等）的抵抗能力，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有重要的應(yīng)用價值。但作為胞外信號的BR，如何把信號傳遞到胞內(nèi)來調(diào)控植物的生長發(fā)育過程尚不明確。Ca2+是植物體內(nèi)公認(rèn)的第二信使，同時也是構(gòu)成細(xì)胞的大量元素，參與外界信號向細(xì)胞內(nèi)的傳導(dǎo)過程，胞質(zhì)游離鈣的變化，是細(xì)胞響應(yīng)各種刺激

2、信號的初始事態(tài)，由此誘發(fā)隨后一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的下游事態(tài)。為研究BR對Ca2+信使系統(tǒng)的影響，本研究以擬南芥和玉米為材料，采用焦銻酸鈣沉淀法對BR處理后Ca2+的分布進(jìn)行了細(xì)胞化學(xué)定位;利用Real-Time PCR技術(shù)對調(diào)控細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平的位于細(xì)胞質(zhì)膜、液泡膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的編碼Ca2+-ATPase的基因及位于細(xì)胞質(zhì)膜、液泡膜和溶酶體上的編碼Ca2+通道基因的表達(dá)量進(jìn)行了分析;為進(jìn)一步闡明BR對Ca2+信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的影響，此外，對BR處

3、理后Ca2+結(jié)合蛋白CaM相關(guān)基因也進(jìn)行了表達(dá)量變化分析，主要結(jié)果034如下:
　　 1、BR對植物細(xì)胞Ca2+分布的影響
　　 研究發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)BR處理的擬南芥細(xì)胞中，Ca+主要分布在細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙和液泡，細(xì)胞質(zhì)和葉綠體中僅有少量Ca2+的分布;在1000 nmol/L BR處理3h后，Ca2+呈聚集狀分布在液泡膜和細(xì)胞質(zhì)膜附近，疑似欲通過細(xì)胞質(zhì)膜或液泡膜上的Ca2+通道進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)或通道關(guān)閉阻滯了Ca2+的通過，同時細(xì)

4、胞質(zhì)和葉綠體上Ca2+分布增多;BR處理6h后，細(xì)胞質(zhì)和葉綠體中Ca2+分布繼續(xù)增加，細(xì)胞壁中Ca2+分布有所減少;BR處理9h后，細(xì)胞質(zhì)和葉綠體中Ca2+分布減少，細(xì)胞間隙和液泡中Ca2+分布有所增加，但細(xì)胞壁中Ca2+分布明顯減少。說明BR具有移除細(xì)胞壁中Ca2+的作用。BR對玉米葉片細(xì)胞中Ca2+的分布的影響與擬南芥葉片中的類似。
　　 2、BR影響植物細(xì)胞Ca2+分布的機(jī)理研究
　　 (1) BR對Ca2+通道相

5、關(guān)基因表達(dá)量的影響。CNGC2和CNGC12是細(xì)胞質(zhì)膜上編碼Ca2+通道的基因，在1000 nmol/L BL處理3h后，CNGC2和CNGC12的表達(dá)量均明顯下降，說明BR可阻滯胞外Ca2+進(jìn)入細(xì)胞質(zhì);在1000 nmol/L BL處理6h后，CNGC2和CNGC12的表達(dá)量有所恢復(fù)，到1000 nmol/L BL處理9h后，CNGC2和CNGC12的表達(dá)量明顯增加。TPC1和TPC2分別是液泡和溶酶體上鈣離子通道相關(guān)基因。TPC1和

6、TPC2的表達(dá)量在1000 nmol/L BL處理3h后也表現(xiàn)為明顯下降，但TPC1的表達(dá)量在1000nmol/L BL處理6h后的表達(dá)量明顯高于未用BR處理的對照，而TPC2的表達(dá)量直到1000 nmol/L BL處理9h后才明顯升高?？梢?，BR可阻滯細(xì)胞質(zhì)中Ca2+濃度的快速上升，液泡膜上編碼Ca2+通道基因的表達(dá)恢復(fù)早于細(xì)胞質(zhì)膜和溶酶體上的Ca2+通道基因，說明液泡中Ca2+大量進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的時間早于胞外鈣庫和溶酶體等胞內(nèi)細(xì)胞器。<

7、br>　　 (2) BR對編碼Ca2+-ATPase相關(guān)基因表達(dá)量的影響。ACA8和ACA10是定位在細(xì)胞質(zhì)膜上Ca2+-ATPase基因，1000 nmol/L BR處理3h和6h后，ACA8和ACA10的表達(dá)量沒有明顯的變化;BR處理9h后，ACA8和ACA10的表達(dá)量明顯增加;ACA4和ACA11是液泡膜上編碼Ca2+-ATPase的基因，BR處理后，ACA4和ACA11的表達(dá)量變化與質(zhì)膜上的ACA8和ACA10的表達(dá)變化類似。

8、ACA2是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上編碼Ca2+-ATPase的基因，ACA2的表達(dá)量同樣在1000 nmol/L BR處理9h后出現(xiàn)了表達(dá)量的最高峰。可見，BR處理9h后，Ca2+-ATPase表達(dá)量增加，把細(xì)胞質(zhì)中高濃度的Ca2+泵入細(xì)胞間隙、液泡和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等胞外和胞內(nèi)鈣庫中，調(diào)控細(xì)胞質(zhì)中的Ca2+穩(wěn)態(tài)。
　　 3、BR對Ca2+結(jié)合蛋白CaM相關(guān)基因表達(dá)量的影響
　　 在對CaM相關(guān)基因進(jìn)行半定量分析時，發(fā)現(xiàn)在1000 nmol/L

9、BR處理擬南芥3、6、9h后，CAM1、CAM2、CAM4、CAM6、CAM7等基因表達(dá)水平均下調(diào)。說明BR可降低CaM相關(guān)基因的表達(dá)，調(diào)控鈣離子的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。
　　 4、CAM7在BR調(diào)控的植物生長發(fā)育過程中起負(fù)調(diào)控作用。
　　 過表達(dá)CAM7的擬南芥植株矮小、發(fā)育延遲。BR合成基因和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因表達(dá)量下降。說明CAM7在BR調(diào)控的植物生長發(fā)育過程中起負(fù)調(diào)控作用。
　　 綜上所述，BR處理首先通過抑制鈣離