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研究方向1_植物细胞骨架

作者:   发布时间:2014-11-30 07:13:00   浏览次数:548


        植物内源免疫由两个层面组成。基本的免疫反应是由病原相关的分子模式诱导的,比如鞭毛蛋白的22个氨基酸构成的多肽(Jones & Dangl, 2006)。第二层面,即效应因子诱发的免疫,是跟细胞程序化死亡相关的,由病原衍生因子(如从植物病原细菌分离的过敏蛋白)诱导,能够使细胞骨架重新排列组成。本研究方向致力于植物细胞骨架与内源免疫的两个层面的联系。通过转牒激光共聚焦显微镜实时示踪技术,可以观察烟草BY2细胞系的微丝和微管(通过遗传转化得到的表达绿色荧光蛋白标记的细胞系)对外源刺激的反应。在能够明显对有丝分裂产生影响的浓度下,鞭毛蛋白的22个氨基酸构成的多肽只能够引发轻微的细胞骨架反应。而从植物病原细菌分离的过敏蛋白引起了快速的和程度严重的微丝蛋白的聚合(这个过程在20分钟内完成,比如与胞外的碱性化过程基本同步),这之后,是逐步的微丝蛋白和细胞质中微管蛋白的降解,以及在细胞质中的结构的消失和液泡的解体。我们提出,细胞骨架的解体是区分在植物病原细菌分离的过敏蛋白(这一效应因子诱发的免疫反应)诱发的反应,与鞭毛蛋白的22个氨基酸构成的多肽(这一病原相关的分子模式)诱发的反应的早期事件。

       
        对生物与非生物胁迫的抗性研究是可持续发展农业的中心课题,尤其是葡萄,每公顷经济产出最高的作物之一。作为植物抗性的早期细胞因子,微丝蛋白有高度的相关性。我们因此对葡萄进行遗传转化,得到了表达拟南芥丝束蛋白第二微丝结合域,并带有绿色荧光蛋白(来自水母)标记的转基因葡萄植物。基于世界上第一个葡萄细胞骨架标记系,微丝蛋白对植物病原微生物有机体的诱导的反应得以活体实时示踪。接种带有荧光标记的植物病原细菌,只有位于气孔保卫细胞的微丝蛋白做出响应。而在接种的葡萄霜霉病病原菌Plasmopara viticola后,不仅气孔的保卫细胞,表皮细胞(这些并没有被Plasmopara viticola直接附着的细胞)形成了细胞核周围的微丝蛋白篮。我们的研究支持这样一种假设:气孔的保卫细胞,作为植株抗性的起搏器,支配周围表皮细胞的抗性反应。

       
        植物的微管蛋白除了调控细胞分裂和细胞膨大生长外,还对各种胁迫信号做出反应。研究这些早期反应的生物学功能,需要在没有损坏细胞的前提下对细胞水平的模型(这些模型需要对胁迫信号有高度的反应)进行直观观察。因此,我们决定建立微管蛋白标记葡萄细胞系。我们的前期研究发现,沙地葡萄可以对各种抗性相关的及非生物胁迫的因子做出反应,因此建立了沙地葡萄表达拟南芥ß微管蛋白6并融合水母绿色荧光蛋白的转基因葡萄细胞系。通过转牒激光共聚焦显微镜技术,以及对图像的定量分析,我们可以检测到在葡萄细胞中的活体的微丝蛋白,早期的、独特的对抗性相关和非生物相关的效应因子的反应。我们观察到,一个从植物病原细菌分离的过敏蛋白HrpZ(可以诱发细胞程序化死亡),快速的减少了细胞质中放射状微丝蛋白的数量,接下来,是皮层微管蛋白的缓慢的消失。茉莉酸,相反的,诱导了皮层微管蛋白的聚合。植物生长素减少了皮层微管蛋白的粗度。这种效应遵循典型的依从剂量的钟状模型,并且能够逆转由茉莉酸诱导的聚合。在胁迫处理或超高浓度生长素条件下,细胞的膨大生长被阻碍了,这种效应与细胞核中的微管蛋白斑点的出现同步。这个课题中,对微管蛋白的早期及刺激(胁迫)诱导下,其转导和传译胁迫信号的功能进行了讨论。

Jones & Dangl, The plant immune system. 2006, Nature 444, 323-329

Xin Guan, Günther Buchholz, Peter Nick. 2014. Tubulin marker line of grapevine suspension cells as a tool to follow early stress responses. Journal of Plant Physiology. in press


Xin Guan, Günther Buchholz, Peter Nick. 2014. Actin marker lines in grapevine reveal a gatekeeper function of guard cells. Journal of Plant Physiology, 171: 1164-1173 


Xin Guan, Günther Buchholz, Peter Nick. 2013. The cytoskeleton is disrupted by the bacterial effector HrpZ, but not by the bacterial PAMP flg22 in tobacco BY-2 cells. Journal of Experimental Botany, 64: 1805-1816.  






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