第二章植物細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)生長(zhǎng)和發(fā)育是基因在一定時(shí)間、空間上順序表達(dá)的過(guò)程，而基因的表達(dá)同時(shí)受到內(nèi)外環(huán)境的調(diào)控。植物細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(signaltransduction)：是植物感受、傳導(dǎo)環(huán)境分子的刺激及其在發(fā)育過(guò)程中調(diào)控基因的表達(dá)和生理生化反應(yīng)，包括信號(hào)、受體、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)和反應(yīng)等環(huán)節(jié)。第一節(jié)Overviewofsignaltransduction1Thestreamofsignalsiscontinuousandcomplex3FinallymodifiedgeneexpressionDifferentsignaleffectsDifferenttransductionnetworksindifferentwayanddifferentplaceButfinallychangethegeneexpressionpattern4Plantcellscontainingtwoinformationsystemgeneticandepigenetic

4.1DNA–RNA-Protein(phenotype)

4.2manyphenotypearestronglymodifiedbyenvironmentalfactorandgenerespondenvironmentalstimulatesareepigeneshavepleiotropicfunction

環(huán)境刺激胞間信號(hào)受體G蛋白效應(yīng)器細(xì)胞外細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)酪氨酸蛋白激酶初級(jí)信使膜上信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)第二信使cAMPCa2+IP3DAGCa2+調(diào)節(jié)蛋白PKAPKCa2+·CaMPKCa2+PKC酶蛋白磷酸化修飾細(xì)胞反應(yīng)CaM胞間信號(hào)傳遞膜上信號(hào)轉(zhuǎn)換胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白質(zhì)可逆磷酸化

6SignalperceivingToinitiatetransduction,thesignalmustbeSenescedbyreceptororchangingmembranepotentialRegulatereceptorconcentrationcanchangethesensitivitiesofcelltosignalManyreceptorswhenbinditsligand(signal)activeproteinkinaseandproteinphosphataseactivitiesIntracellularreceptorscanactasionchannel受體位置光形態(tài)建成中信號(hào)傳導(dǎo)效應(yīng)的復(fù)雜性第二節(jié)植物細(xì)胞跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體(receptor)：

是在效應(yīng)器官細(xì)胞表面或亞細(xì)胞組分中可特異地識(shí)別并結(jié)合信號(hào)分子—配體(ligand),或物理信號(hào)（光溫信號(hào)）大分子物質(zhì)，多為為蛋白質(zhì)。

具有特異性、高親和力、可逆性等特點(diǎn)。

AnexampleofintracellularreceptorThereceptorforglucocorticoidhormone(cortisol糖皮質(zhì)激素

)differsfromtheothersinthatitislocatedinthecytosol,anchoredinaninactivestatetoacytosolicprotein.Bindingofthehormonecausesthereleaseofthereceptorfromitscytosolicanchor,andthereceptor–hormonecomplexthenmigratesintothenucleus,whereitbindstotheenhancerandstimulatestranscription(Figure)GlucocorticoidsteroidreceptorsGlucocorticoidsteroidreceptorsaretranscriptionfactors.Glucocorticoidhormoneislipophilicanddiffusesreadilythroughthemembranetothecytosol.Onceinthecytosol,thehormonebindstoitscytosolicreceptor,causingthereleaseofaninhibitoryproteinfromthereceptor.Theactivatedreceptorthendiffusesintothenucleus.Inthenucleus,thereceptor–hormonecomplexbindstotheenhancerregionsofsteroid-regulatedgenes.Transcriptionofthegenesisstimulated.(FromBeckeretal.1996.)2受體種類：

細(xì)胞內(nèi)受體，是指存在于亞細(xì)胞組分中的受體；

細(xì)胞表面受體(cellsurfacereceptor)，可分三類：

①離子通道偶聯(lián)受體(ion-channel-linkedreceptor)②G蛋白偶聯(lián)受體③酶偶聯(lián)受體①既有信號(hào)結(jié)合位點(diǎn)，又是離子通道，跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)無(wú)需中間步驟，又稱配體門控離子通道，分布有組織特異性。動(dòng)物細(xì)胞中三種受體光反應(yīng)紅光受體光敏色素組成一個(gè)蛋白質(zhì)家族，各有不同生理功能1．植物G蛋白

GTPATPcAMP+PPiCCABCαβGDPγαβGDPγαβGTPγ腺苷酸環(huán)化酶CG蛋白R(shí)RR（1）植物G蛋白種類及結(jié)構(gòu)A.異三聚體G蛋白動(dòng)物G蛋白由α、β和γ三個(gè)亞基組成。天然的G蛋白中β與γ亞基總是緊密聯(lián)系在一起，α亞基分子是在39--46KD之間。α亞基的差別較大，是G蛋白的分類依據(jù)，具有一共同的GTP結(jié)合位點(diǎn)，和有GTP酶的活性，即可以把GTP水解成GDP和無(wú)機(jī)磷酸。α亞基上有些特殊的氨基酸（Arg或Cys）殘基可被特定的細(xì)胞毒素所修飾，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞生理功能。已經(jīng)克隆的Gα蛋白的cDNA，發(fā)現(xiàn)G蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)中高度保守的結(jié)構(gòu)區(qū)域，即P區(qū)域，G′區(qū)域和G區(qū)域，P與G′區(qū)域都與GTP結(jié)合及與GTP酶活力有關(guān)；G區(qū)域則與GTP結(jié)合，并與腺苷酸環(huán)化酶相互作用有關(guān)。β亞基的分子量為36KD左右。但植物上至今尚未發(fā)現(xiàn)有γ亞基存在，不過(guò)人們依據(jù)已克隆到的基因序列分析，推測(cè)植物中有γ亞基存在。MechanismofGproteinG蛋白在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有跨膜蛋白的特點(diǎn)，它們能夠固定在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，主要是通過(guò)對(duì)其亞基上氨基酸殘基的脂化修飾發(fā)生作用。B．小G蛋白的（smallGTP-bindingprotein）為單體，僅20-30KD。微管蛋白β亞基也是一種小G蛋白。（2）G蛋白基因的克隆A.異三聚體G蛋白的基因克隆植物基因拷貝數(shù)產(chǎn)物擬南芥gpa1單拷貝GPα1番茄tga1單拷貝GPα1衣藻cb1p--WD-40(重復(fù)的二級(jí)結(jié)構(gòu))玉米zgb1單拷貝Gβ擬南芥agb1單拷貝Gβ（2）檢測(cè)G蛋白的生化方法A）GTP結(jié)合實(shí)驗(yàn)（GTP—bindingassays），G蛋白可以結(jié)合GTP。標(biāo)記GTP可以檢測(cè)G蛋白。將G蛋白的樣品與帶放射性標(biāo)記的非水解的GTP類似物一起保溫進(jìn)行標(biāo)記，以放射性強(qiáng)度高低來(lái)說(shuō)明G蛋白活性的大小。B.將G蛋白的樣品用SDS—PAGE分離后轉(zhuǎn)膜，再與帶放射性標(biāo)記的非水解的GTP類似物或標(biāo)記α位磷酸的GTP[（α32p）GTP]保溫放射自顯影。但異三聚體G蛋白的小G蛋白及其他GTP結(jié)合蛋白都與GTP結(jié)合，故這種GTP標(biāo)記還不能區(qū)別G蛋白屬于哪一類，但可在樣品的制備時(shí)進(jìn)行預(yù)處理，如利用超濾Centricone可以鑒別異三聚體G蛋白和小G蛋白。B）GTPase活性實(shí)驗(yàn)（GTPaseassay），G蛋白除了能與GTP結(jié)合外，還具有內(nèi)在的GTPase活性。通常在待測(cè)樣品中加入γ位磷酸標(biāo)記GTP[（γ32p）GTP]，測(cè)定液相中32P放射性強(qiáng)度來(lái)表示GTPase活性的大小。同樣不能分辨出G蛋白屬于哪一類。C）細(xì)菌毒素誘導(dǎo)的核糖基化實(shí)驗(yàn)（ADP—ribosylationassay）一些細(xì)菌毒素可以使異三聚體Gαcys殘基ADP--核糖基化。如將ADP--核糖基用放射性標(biāo)記，則G蛋白上就帶上該放射性標(biāo)記。一般方法先用32P標(biāo)記NAD+（作為ADP--核糖基的供體），再把細(xì)菌毒素和蛋白樣品一起保溫一定時(shí)間后，取回蛋白用SDS—PAGE分離后放射后顯影。如百日咳毒素（pertussistoxin,PTX）和霍亂毒素（choleratoxin,CTX）。PTX能使所有位于異三聚體GαC末端的Cys的殘基ADP-核糖基（ADP-adenosinediphosphate腺苷二磷酸）化，且專一性強(qiáng)，不受樣品中其他蛋白或ADP核糖基因子（ARFs）的影響。D）免疫轉(zhuǎn)移電泳實(shí)驗(yàn)（Westernblotassay）利用抗原抗體結(jié)合原理，先用SDS分離樣品，轉(zhuǎn)移到NC膜（nitratecellulose）上，然后先用一抗體溫育，再用125I標(biāo)記的蛋白A或酶標(biāo)二抗溫育，最后用放射自顯影或酶底物顯色，指示G蛋白的存在。目前用動(dòng)物的G蛋白抗體來(lái)檢測(cè)植物G蛋白，但不是所有在的植物G蛋白都可用動(dòng)物的G蛋白的抗體能檢測(cè)出來(lái)。2．檢測(cè)到的G蛋白植物種類分子量（KD）植物種類分子量（KD）擬南芥31-36大豆45燕麥24大麥22-36衣藻24水稻28-30杜氏鹽藻28豌豆24-43蠶豆31-37玉米27-34PlantmaterialsforSignaltransduction

“植物中的果蠅”。

擬南芥（Arabidopsisthaliana）

十字花科。二年生草本，高7～40厘米?；~有柄呈蓮座狀，葉片倒卵形或匙形；莖生葉無(wú)柄，披針形或線形?？偁罨ㄐ蝽斏?，花瓣4片，白色，匙形。長(zhǎng)角果線形，長(zhǎng)1～1.5厘米。花期3～5月。我國(guó)內(nèi)蒙、新疆、陜西、甘肅、西藏、山東、江蘇、安徽、湖北、四川、云南等省區(qū)均有發(fā)現(xiàn)。擬南芥的優(yōu)點(diǎn)是植株?。?平方厘米可種植好幾棵）、每代時(shí)間短（從發(fā)芽到開(kāi)花不超過(guò)6周）、結(jié)子多（每棵植物可產(chǎn)很多粒種子）、生活力強(qiáng)（用普通培養(yǎng)基就可作人工培養(yǎng)）。擬南芥的基因組是目前已知植物基因組中最小的。每個(gè)單倍染色體組（n=5）的總長(zhǎng)只有7000萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，即只有小麥染色體組長(zhǎng)的1/80，這就使克隆它的有關(guān)基因相對(duì)說(shuō)來(lái)比較容易。擬南芥是自花受粉植物，基因高度純合，用理化因素處理突變率很高，容易獲得各種代謝功能的缺陷型。例如用含殺草劑的培養(yǎng)基來(lái)篩選，一般獲得抗殺草劑的突變率是1/100000為什么擬南芥被用作雙子葉植物的模式植物?生命周期短,40天左右;產(chǎn)生的種子量大,有利于進(jìn)行遺傳分析,即繁殖系數(shù)大;基因組較小,容易得到突變體;有大量的誘變突變體可供應(yīng)用,且已商品化;物理距離與遺傳距離之間的比值是小.小G蛋白基因的克隆1989年Matsui等從擬南芥中克隆了第一個(gè)植物小G蛋白基因—ara，隨后人們已克隆了幾十種小G蛋白的基因，如豌豆13個(gè)，擬南芥12個(gè)。但還未發(fā)現(xiàn)植物細(xì)胞中有類似動(dòng)物中的ras小G蛋白，這可能說(shuō)明植物與動(dòng)物對(duì)環(huán)境信號(hào)有不同的感知反應(yīng)，因而動(dòng)植物參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的蛋白（G蛋白）在分子結(jié)構(gòu)上與動(dòng)物有所差異。(3)G蛋白在植物細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用

G蛋白在植物細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用(1)光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)經(jīng)紅光或遠(yuǎn)紅光處理后，浮萍蛋白提取物對(duì)GTP的結(jié)合活性降低20%，而照射藍(lán)光卻沒(méi)有結(jié)果。暗示一種或幾種G蛋白可能參與了紅光信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)。(2)離子通道武維華等人1994年利用膜片鉗（Patch-clamp）技術(shù)，研究G蛋白調(diào)節(jié)劑對(duì)蠶豆保衛(wèi)細(xì)胞原生質(zhì)體質(zhì)膜上單離子K+通道的影響，發(fā)現(xiàn)GTPγS，CTX和PTX均抑制K+內(nèi)流，而GDPβS促進(jìn)K+內(nèi)流。這是證明G蛋白可以調(diào)節(jié)植物中離子通道的直接證據(jù)。(3)植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

Zaina1990年發(fā)現(xiàn)IAA可以促進(jìn)GTPγS與水稻胚芽鞘膜泡組分的結(jié)合以及膜泡組分中GTPase活性的增加。Borachov等1994年發(fā)現(xiàn)經(jīng)GTPγS和CTX處理以后,蝴蝶蘭花對(duì)乙烯的敏感性增強(qiáng),乙烯處理后凋謝時(shí)間明顯縮短,花受粉以后,隨乙烯生成量的增加,花瓣質(zhì)膜組分對(duì)[35S]GTPγS的結(jié)合活性也明顯增加,但GDPβS處理不影響花對(duì)乙烯的敏感性.

4.病原信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

Bolwell等1991年發(fā)現(xiàn)PTX和CTX可以增強(qiáng)菜豆懸浮培養(yǎng)細(xì)胞對(duì)真菌病原激發(fā)子（fungalelicitor）的反應(yīng)能力。Kawakita等1994年發(fā)現(xiàn)真菌病原激發(fā)子能促進(jìn)馬鈴薯塊莖微粒體結(jié)合GTPγS的活性，并引起該微粒體GTPase活性增加。暗示G蛋白可能參與植物病原信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。(5)其他生理過(guò)程

1)GPα1在活躍增殖的細(xì)胞以及開(kāi)始進(jìn)行分化的細(xì)胞中水平較高，而在已經(jīng)分化成熟的細(xì)胞中水平較低；在已分化的組織，維管束組織、心皮壁及長(zhǎng)角果壁中水平較高，而這些組織均與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸有關(guān)。GPα1可能具有以下功能：

①調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂與分化；

②調(diào)節(jié)細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。2)植物葉綠體的蛋白組分有些是由核基因編碼的,這些蛋白質(zhì)在胞質(zhì)中合成后需跨葉綠體膜運(yùn)輸?shù)饺~綠體內(nèi)部定位組裝.已知這些蛋白先以前體形式合成,前部有一段導(dǎo)肽,導(dǎo)肽與葉綠體外膜表面或類囊體外面的蛋白識(shí)別后進(jìn)入葉綠體內(nèi)部,但有關(guān)這些蛋白跨膜運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制還不清楚.Schnell等1994從葉綠體外膜上分離得到了定位于外膜上的與前體蛋白運(yùn)輸有關(guān)的4種蛋白質(zhì),其中1種鑒定為熱激蛋白HSP70,1種可能是通道蛋白,另2種蛋白與其它G蛋白有同源的結(jié)合GTP的保守區(qū)域,它們的功能可能是以結(jié)合并水解GTP的方式直接與前體的導(dǎo)肽相互作用,或以調(diào)節(jié)肽與其它轉(zhuǎn)運(yùn)介導(dǎo)結(jié)合蛋白之間相互作用的方式,來(lái)調(diào)節(jié)蛋白前體跨膜向葉綠體內(nèi)部運(yùn)輸.4在體內(nèi)研究植物G蛋白功能的分子生物學(xué)方法

（以上的結(jié)果均是體外實(shí)驗(yàn)研究獲得）

1.轉(zhuǎn)基因植物功能分析（functionalanalysisoftransgenicplant）一般方法是在植物中導(dǎo)入某種G蛋白的反義RNA、或使蛋白超表達(dá)或異位(ectopic)表達(dá)后，檢測(cè)這種處理對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響。Kanada等1992年將水稻rgp1基因（一種小G蛋白基因）按反義順序轉(zhuǎn)入煙草細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)頂端優(yōu)勢(shì)減弱，出現(xiàn)矮化表型，花的外形也不正常。由于已知頂端優(yōu)勢(shì)是由細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)素二者的平衡決定的，花的正常發(fā)育也需要各種激素的平衡，表明rgp1基因產(chǎn)物可能參與了激素控制的頂端優(yōu)勢(shì)及花的分化。

酵母突變體功能互補(bǔ)

利用功能缺失互補(bǔ)。研究小G蛋白較有效，因其較保守。但研究異三聚體G蛋白是不適宜的。功能互補(bǔ)的研究思路已知一酵母株系是缺乏與所要證實(shí)的植物某一蛋白功能同源的蛋白的突變體,將已克隆的該植物蛋白cDNA導(dǎo)入該酵母寄主細(xì)胞中,檢測(cè)導(dǎo)入后是否能互補(bǔ)(恢復(fù))該突變體酵母的功能.其先決條件是:要求該植物蛋白與酵母對(duì)應(yīng)蛋白有較高的同源性,即寄主植物的蛋白要能夠在酵母中得到表達(dá),且該酵母基因突變而自身已不再能夠表達(dá)該蛋白.2植物細(xì)胞中具有受體功能的類蛋白激酶（RLK）受體蛋白激酶（receptorproteinkinase，RPKs）:為一種跨膜受體。胞外部分與配基(ligand)相識(shí)別，胞內(nèi)部分具內(nèi)源的蛋白激酶活性，并依賴其內(nèi)源的蛋白激酶活性轉(zhuǎn)導(dǎo)胞外信號(hào)。

RPKs有兩種類型如下：

1.酪氨酸蛋白激酶類：以酪氨酸為靶氨基酸；

2.絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶類：以絲或(和)蘇氨酸為靶氨基酸；

kinomics激酶組學(xué)植物中還沒(méi)有證實(shí)動(dòng)物細(xì)胞RPKs同源的植物基因產(chǎn)物具有受體功能，也未發(fā)現(xiàn)這類蛋白的天然配基，故稱這類蛋白為類受體蛋白激酶（receptor-likeproteinkinase,RLKs）。RLKs的種類和結(jié)構(gòu)RKLs的結(jié)構(gòu)胞外結(jié)構(gòu)域(extracellulardomain);跨膜螺旋區(qū)(membranespanninghelix);胞內(nèi)蛋白激酶催化結(jié)構(gòu)域(intracellularproteinkinasecatalyticdomain).

胞內(nèi)蛋白激酶催化結(jié)構(gòu)域（intracellularproteinkinasecatalyticdomain），有40%氨基酸同源。依胞外結(jié)構(gòu)域可分為3大類:1.具S-結(jié)構(gòu)域（S-domain）的RLKs玉米、油菜、擬南芥和水稻中均有發(fā)現(xiàn)。其胞外結(jié)構(gòu)域一部分較保守，同源性大約為20－25％。特定位置是保守的10個(gè)半胱氨酸其余差異較大，這可能是不同配基結(jié)合的特異性不同的原因。2.富含亮氨酸（Leucine-richrepeat,LRR）的RLKs特點(diǎn)是在胞外結(jié)構(gòu)域中是有重復(fù)出現(xiàn)的氨基酸，保守結(jié)構(gòu)與一般為L(zhǎng)eu-x-x-Leu-x-x-Asn-x-Leu。此外，不同的RLKs的一級(jí)結(jié)構(gòu)差異很大。這一結(jié)構(gòu)有利于蛋白質(zhì)之間的相互作用。3.類表皮生長(zhǎng)因子（Epidermalgrowthfactor-like）RLKs具有類似動(dòng)物細(xì)胞表皮生長(zhǎng)因子的結(jié)構(gòu)。擬南芥細(xì)胞中分離到一種該類RLKs，稱為Pro25。該蛋白與植物葉綠素a,b結(jié)合蛋白氨基末端的氨基酸序列有較高的同源性，并缺乏氨基末端的信號(hào)肽。RLKs基因表達(dá)RLKs種類物種基因名稱表達(dá)組織S-domainRLKs玉米Zmpk1幼苗、根、莖和穗絲細(xì)胞擬南芥RLK1蓮座叢生葉細(xì)胞LRR-RLKs擬南芥RLk5莖頂端細(xì)胞擬南芥Tmk1葉片、莖、根、長(zhǎng)角果及花EGF-RLK擬南芥Pro25成熟葉片多數(shù)RLKs的功能不太清楚。有些基因在多種細(xì)胞中表達(dá)，有的在特定組織中表達(dá)。如:RLKs的生物學(xué)功能植物細(xì)胞中RLKs具有自磷酸化的活性，其中有些RLKs的磷酸化位點(diǎn)主要為絲氨酸，蘇氨酸，絲氨酸/蘇氨酸，從而暗示不同的RLK具有不同的功能。1.調(diào)控花粉的自交不親和自交不親和與柱頭細(xì)胞中的S-糖蛋白（S-locusglycoprotein，SLG），S-受體激酶（S-locusreceptorkinase,SRKs）有關(guān)。據(jù)研究，花粉不親和可能與柱頭細(xì)胞的S-糖蛋白和S－受體激酶二者之間的相互作用有關(guān)。SLG和SRK識(shí)別形成一個(gè)異聚體的受體復(fù)合物，后者接受花粉粒上的信號(hào)，并誘導(dǎo)花粉粒中游離的Ca2+濃度變化及一系列事件，引起花粉萌發(fā)，如SLG和SRK不能識(shí)別，就不能形成受體復(fù)合體，不能接受花粉粒信號(hào)，花粉也就不能萌發(fā)。MembraneanchorsiteSerine/threonineproteinkinasedomainSignalpeptideLeucine-richrepeatTrans-membranedomainConservedmotifLeucinezipperdomainDNAbindingsiteCCCCCNNNNN

Ptotomato;bacterialresistance

Xa21rice;bacterialresistanceHs1sugarbeet;nematoderesistance.Cf9,Cf2tomato;fungalresistanceL6flax;fungalresistanceRPS2,RMP1Arabidopsis;bacterialres.Ntomato;viralresistancePrftomato;bacterialresistanceProteinstructureofclonedresistancegenes抗番茄葉霉病基因Cf-9編碼一個(gè)跨膜蛋白，該蛋白胞外結(jié)構(gòu)域具有28個(gè)LRR結(jié)構(gòu)，并含有一個(gè)短的胞內(nèi)尾肽結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)與RLKs胞外結(jié)構(gòu)域同源，暗示它們可能具有RLKs的功能。番茄細(xì)胞中與抗細(xì)菌病原有關(guān)的基因Pto編碼一種絲／蘇氨酸蛋白激酶，后者可能與質(zhì)膜相連。2.感受植物病原信號(hào)宋文元等在1995年克隆Xa21，由該基因cDNA推知的蛋白質(zhì)共由1025個(gè)氨基酸組成，其中由81至634號(hào)氨基酸構(gòu)成的多肽鏈含有23個(gè)由24個(gè)氨基酸構(gòu)成的LRR結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)成胞外結(jié)構(gòu)域，由651－675號(hào)氨基酸構(gòu)成的多肽鏈為疏水性肽段，構(gòu)成跨膜螺旋，而由708－1025號(hào)氨基酸構(gòu)成的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)具有典型的絲／蘇氨酸蛋白激酶催化結(jié)構(gòu)域，并且該基因產(chǎn)物與已知的植物細(xì)胞RLK和RLK相關(guān)蛋白有很高的同源性，這一結(jié)果也證實(shí)植物細(xì)胞可以通過(guò)位于質(zhì)膜表面的RLKs接收和傳遞外界病原信號(hào)。RLKs的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)RLKs是一種跨膜蛋白，又具有受體蛋白激酶活性，所以對(duì)外界信號(hào)的接收，跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)及向膜內(nèi)的原初傳遞均可由RLKs獨(dú)立完成。目前僅知激酶結(jié)合蛋白磷酸酶可能是RLKs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的組分。KAPP（kinase-associatedproteinphosphatase）分子由三部分組成，氨基末端為定位于膜上的結(jié)構(gòu)，中間結(jié)構(gòu)域可與蛋白激酶發(fā)生相互作用，羧基末端與磷酯酶C催化結(jié)構(gòu)同源。KAPP在體外活化的RLKs及酶結(jié)構(gòu)相結(jié)合，但這種結(jié)合依賴于RLKs的磷酸化狀態(tài)。如果RLKs蛋白脫磷酸化，KAPP就不能與RLKs結(jié)合。由于RLKs自磷酸化的位點(diǎn)為絲氨酸和蘇氨酸，因而，KAPP可能識(shí)別RLKs上被磷酸化的絲氨酸或蘇氨酸二者之一或全部并與之結(jié)合。還有許多問(wèn)題有待解決：植物細(xì)胞中RLKs的天然配基、靶蛋白以及RLKs在植物細(xì)胞中的生物學(xué)功能是什么？配基能否誘導(dǎo)RLKs二聚體化？LRKs信號(hào)傳遞途徑的組成。雖然已知KAPP可能是RLKs信號(hào)途徑的組分，但對(duì)其作用機(jī)制并不清楚。參與這一途徑的其他組分也不清楚。不了解RLKs信號(hào)傳遞鏈的組成就很難對(duì)RLKs的功能和作用機(jī)制有明確的認(rèn)識(shí)。Signaltransductionpathwaysofteninvolvethegenerationofsecondmessengers,transientsecondarysignalsinsidethecellthatgreatlyamplifytheoriginalsignal.Forexample,asinglehormonemoleculemightleadtotheactivationofanenzymethatproduceshundredsofmoleculesofasecondmessenger.第三節(jié)細(xì)胞內(nèi)的第二信使Amongthemostcommonsecondmessengersare3′,5′-cyclicAMP(cAMP);3′,5′-cyclicGMP(cGMP);nitricoxide(NO);cyclicADP-ribose(cADPR);1,2-diacylglycerol(DAG);inositol1,4,5-trisphosphate(IP3);andCa2+(Figure).第三節(jié)細(xì)胞內(nèi)的第二信使植物細(xì)胞胞內(nèi)第二信使主要有：⑴Ca2+⑵cAMP⑶IP3(三磷酸肌醇)⑷DAG(二酯酰甘油)一、鈣離子和鈣結(jié)合蛋白1植物細(xì)胞的鈣離子

胞外鈣庫(kù)：細(xì)胞壁；胞內(nèi)鈣庫(kù)：液泡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體鈣離子跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)Inplantcells,mostofthecalciumofthecellaccumulatesinthevacuole.TheprotonelectrochemicalgradientacrossthevacuolarmembranethatisgeneratedbytonoplastprotonpumpsdrivescalciumuptakeviaCa2+–H+antiporters鈣作用的實(shí)驗(yàn)Calciumservesasasecondmessengerforawidevarietyofcellsignalingevents.Thisroleofcalciumiswellestablishedinanimalcells,andcircumstantialevidencesuggestsaroleforcalciuminsignaltransductioninplantsaswell.鈣作用受體鈣結(jié)合蛋白主要有2種：鈣調(diào)素和鈣依賴型蛋白激酶

鈣調(diào)素(calmodulin,CaM)耐熱球狀酸性蛋白，

是具有148個(gè)氨基酸的單鏈多肽,每個(gè)CaM有4個(gè)Ca2+結(jié)合位點(diǎn)CaM的作用方式有兩種：

直接與靶酶結(jié)合，誘導(dǎo)、調(diào)節(jié)靶酶活性；與Ca2+結(jié)合，形成Ca2+·CaM復(fù)合體，再與靶酶結(jié)合并激活。

靶酶：Ca2+-ATP酶、Ca2+通道、NAD激酶、多種蛋白激酶等。StudieswithCa2+-sensitivefluorescentindicators,suchasfura-2andaequorin(發(fā)光蛋白),haveshownthatthecalciumsignaloftenoriginatesinalocalizedregionofthecellandpropagatesasawavethroughoutthecytosol.Repeatedwavescalledcalciumoscillationscanfollowtheoriginalsignal,eachlastingfromafewsecondstoseveralminutes.CalciumoscillationCalciumoscillationThebiologicalsignificanceof

calciumoscillationThebiologicalsignificanceofcalciumoscillationisstillunclear,althoughithasbeensuggestedthatitisamechanismforavoidingthetoxicitythatmightresultfromasustainedelevationincytosoliclevelsoffreecalcium.Suchwavelikeoscillationshaverecentlybeendetectedinplantstomatalguardcells(McAinshetal.1995).二、IP3和DAGIP3和DAG是由位于質(zhì)膜內(nèi)側(cè)的PIP2在PLC(phosplolipaseC)催化下水解產(chǎn)生的。PIP2→IP3+DAGIP3/Ca2+信號(hào)傳遞途徑：水溶性的IP3可從質(zhì)膜擴(kuò)散到胞質(zhì)，再與液泡膜或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的IP3-Ca2+通道結(jié)合，使其打開(kāi)。Ca2+順濃度梯度由液泡釋放到胞質(zhì)，胞質(zhì)[Ca2+

]升高，引起生理反應(yīng)。DAG/PKC信號(hào)傳遞途徑：質(zhì)膜上的DAG與蛋白激酶C（PKC）結(jié)合并激活之，PKC又使其它激酶磷酸化，引起生理反應(yīng)。胞外質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)PPPIP3PIP2PLCDAGPKCCa2+液泡或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+結(jié)合態(tài)IP3IP3敏感的Ca2+通道非活蛋白蛋白質(zhì)–P細(xì)胞反應(yīng)胞外刺激使PIP2轉(zhuǎn)化成IP3和DAG，引發(fā)“雙信使系統(tǒng)”G蛋白R(shí)αβGDPγGTPinositoltrisphosphateIP3OpensCalciumChannelsontheERandontheTonoplastTheIP3generatedbytheactivatedphospholipaseCiswatersolubleanddiffusesthroughthecytosoluntilitencountersIP3-bindingsitesontheERand(inplants)onthetonoplast.ThesebindingsitesareIP3-gatedCa2+channelsthatopenwhentheybindIP3(Figure14.18).SincetheseorganellesmaintaininternalCa2+concentrationsinthemillimolarrange,calciumdiffusesrapidlyintothecytosoldownasteepconcentrationgradient.TheresponseisterminatedwhenIP3isbrokendownbyspecificphosphatasesorwhenthereleasedcalciumispumpedoutofthecytoplasmbyCa2+-ATPases.三、

cAMP

介

導(dǎo)

的

信

號(hào)

傳

遞NearlyalltheeffectsofcAMPinanimalcellsaremediatedbytheenzymeproteinkinaseA(PKA).Inunstimulatedcells,PKAisintheinactivestatebecauseofthepresenceofapairofinhibitorysubunits.CyclicAMPbindstotheseinhibitorysubunits,causingthemtodissociatefromthetwocatalyticsubunits,therebyactivatingthecatalyticsubunits.IncellsinwhichcAMPregulatesgeneexpression,PKAphosphorylatesatranscriptionfactorcalledCREB(cyclicAMPresponseelement–bindingprotein).UponactivationbyPKA,CREBbindstothecAMPresponseelement(CRE),whichislocatedinthepromoterregionsofgenesthatareregulatedbycAMP.InadditiontoactivatingPKA,cAMPcaninteractwithspecificcAMP-gatedcationchannels.Forexample,inolfactoryreceptorneurons,cAMPbindstoandopensNa+channelsontheplasmamembrane,resultinginNa+influxandmembranedepolarization.Theactivatedcatalyticsubunitsthenareabletophosphorylatespecificserineorthreonine

residuesofselectedproteins,whichmayalsobeproteinkinases.AnexampleofanenzymethatisphosphorylatedbyPKAisglycogenphosphorylasekinase.WhenphosphorylatedbyPKA,glycogenphosphorylasekinasephosphorylates(activates)glycogenphosphorylase,theenzymethatbreaksdownglycogeninmusclecellstoglucose-1-phosphate.cAMPinplantsignaltransductionBecauseoftheextremelylowlevelsofcyclicAMPthathavebeendetectedinplanttissueextracts,theroleofcAMPinplantsignaltransductionhasbeenhighlycontroversial(Assmann1995).Nevertheless,variouslinesofevidencesupportingaroleofcAMPinplantcellshaveaccumulated.Forexample,genesthatencodehomologsofCREBhavebeenidentifiedinplants(Kategirietal.1989).PollentubegrowthinlilyhasbeenshowntobestimulatedbyconcentrationsofcAMPaslowas10nM(Tezukaetal.1993).cAMPinplantsignaltransductionLiandcolleagues(1994)showedthatcAMPactivatesK+channelsintheplasmamembraneoffavabean(Viciafaba蠶豆)mesophyllcells.Ichikawaandcoworkers(1997)recentlyidentifiedpossiblegenesforadenylylcyclaseintobacco(Nicotianatabacum)andArabidopsis.Thus,despiteyearsofdoubt,theroleofcAMPasauniversalsignalingagentinlivingorganisms,includingplants,seemslikely.cAMPinplantsignaltransductionadenylylcyclaseInvertebrates,adenylylcyclaseisanintegralmembraneproteinthatcontainstwoclustersofsixmembrane-spanningdomainsseparatingtwocatalyticdomainsthatextendintothecytoplasm.ActivationofadenylylcyclasebyheterotrimericGproteinsraisestheconcentrationofcAMPinthecell,whichisnormallymaintainedatalowlevelbytheactionofcyclicAMPphosphodiesterase,whichhydrolyzescAMPto5′-AMP.腺苷酸環(huán)化酶分子結(jié)構(gòu)與功能功能：1.氣孔關(guān)閉2.k通道3.花粉管生長(zhǎng)第四節(jié)蛋白質(zhì)的可逆磷酸化細(xì)胞內(nèi)的第二信使通過(guò)調(diào)節(jié)多種蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，從而傳遞信號(hào)。蛋白激酶種類繁多、存在廣泛、許多是傳遞特異信號(hào)的。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-PiATPGTPADPGDP蛋白激酶H2OPi蛋白磷酸酶

蛋白質(zhì)的磷酸化和脫磷酸化，在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中,具有級(jí)聯(lián)放大信號(hào)的作用。

一、蛋白激酶蛋白激酶