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植物编程性细胞死亡PCD的研究

2017-10-25 5页 doc 18KB 9阅读

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植物编程性细胞死亡PCD的研究植物编程性细胞死亡PCD的研究 姓名: 于维华 学号:01138 导师: 陈鹏 教授 扬州大学农学院园艺系~225009 摘要:细胞死亡是动植物生长发育过程中对外界刺激产生的一种基本的生理反应~编程性细胞死亡是细胞遵循自身程序主动结束其生命过程的一种积极的死亡方式~是受多种信号调控的途径。近年来随着动物中PCD研究的深入~人们发现在植物生长过程中也普遍存在PCD这种现象。本文介绍了PCD的概念、研究进展、方法及研究意义。 关键词:PCD 信号调控 凋亡 植物编程性细胞死亡或细胞程序化死亡(Programmed Cell ...
植物编程性细胞死亡PCD的研究
植物编程性细胞死亡PCD的研究 姓名: 于维华 学号:01138 导师: 陈鹏 教授 扬州大学农学院园艺系~225009 摘要:细胞死亡是动植物生长发育过程中对外界刺激产生的一种基本的生理反应~编程性细胞死亡是细胞遵循自身程序主动结束其生命过程的一种积极的死亡方式~是受多种信号调控的途径。近年来随着动物中PCD研究的深入~人们发现在植物生长过程中也普遍存在PCD这种现象。本文介绍了PCD的概念、研究进展、方法及研究意义。 关键词:PCD 信号调控 凋亡 植物编程性细胞死亡或细胞程序化死亡(Programmed Cell death, PCD)的研究早在80年代就开始了,但当时没有和此概念联系起来。90年代初Greenberg提出在植物对病原体的防御反应中存在类似动物细胞的程序性死亡现象。此后植物PCD现象引起了人们的重视,并成为当前生物学研究的热点。 1.PCD的概念 1965年Lockshio首次提出PCD是多细胞动物组织中细胞对特定生理性刺激产生的 )的概念,用来描述多反应的死亡方式。1972年,Kerr等提出了细胞凋亡(Apoptosis细胞有机体在发育过程中出现的细胞自然死亡现象。由于PCD和凋亡时细胞现相同的形态特征,因此人们认为细胞凋亡就是PCD。其实凋亡是PCD过程中伴随着出现的特定的形态、生化特征,也有一些细胞在PCD过程中并不表现凋亡的特征,这一类细胞死亡被称为非程序化细胞死亡。由此可见,凋亡是PCD在形态学上的表现,两者不完全等同。 PCD是细胞正常发育过程中采取的一种自身基因调控的主动死亡方式,它与一般意义上的衰老、坏死不同,有其固有的特点。PCD发生时细胞和染色质浓缩,细胞膜突出,有PCD小体形成;同时核酸内切酶失活,DNA非随机性断裂成180-200bp的片段,在含溴化乙锭的琼脂糖凝胶上电泳出现典型的“梯状”条带。而坏死则表现为细胞肿胀,质膜丧失完整性,细胞器损伤等特点。 2.植物PCD的研究进展 动物中PCD的研究较早,其发生机理和生化特征都已清楚,目前在免疫学、胚胎学及医学方面已取得了许多成果。通过改变PCD中起作用的基因的活性,可以调节致病细胞的死亡,这对治疗疾病将有重大意义。动物学中取得的成绩促使人们将目光转向了植物。人们发现在植物的生长过程中也普遍存在着PCD这种现象。如导管分子的形成过程;胚胎发育中珠心细胞的衰退过程;花器官发育过程中单性花的形成;果实及种子成熟时2+叶片及植物的老化死亡等。植物和动物PCD具有很大的相似性,如两者都存在Ca、HO22活性上升,细胞和染色体的凝缩,细胞核的降解等。但两者又有不同,如动物发生PCD后,细胞很快被其他细胞吞噬降解,以防有害细胞内含物泄露引起周围细胞受损;而植[2]物中死亡细胞在有些情况下可构成某种特殊组织等。这些情况激起了人们的兴趣。由 1 于植物PCD研究起步较晚,有些问题还有待于进一步解决,但人们通过大量工作,仍取得了一些成绩。 在植物细胞学研究中,尤瑞麟首次报道了正常小麦珠心细胞衰退过程的超微结构变化,并引入了PCD的概念。随后Eleftherion研究了小麦原生韧皮部细胞核解体过程中的超微结构变化,但没有提及PCD。王雅清、崔克明用原位末端标记法检测了杜仲次生木质部导管分子的PCD,并对其过程中的超微结构变化进行了系统的电子显微观察。李大辉等人在银杏胚珠贮粉室的早期发育中发现参与形成贮粉室的珠心细胞死亡是PCD过程.有资料表明,植物体内导管分子的发育形成过程也是典型的PCD反应。 在生理条件下,生物体内细胞存活与死亡由植物自身发育阶段提供的遗传信息,或由临近细胞和其微环境提供的信号决定的。其中包括细胞相互接触提供的信号以及周围环境中的活性物质、激素等。Orzaez和Granell发现乙烯处理豌豆可促使其心皮衰老及DNA降解,Morgan等发现乙烯介入玉米根中缺氧和机械障碍诱导的通气组织形成过程中的细胞程序化死亡。尽管乙烯在控制植物生长发育过程中的巨大作用早为人知,但乙烯信号传导途径与细胞凋亡的关系还不清楚。 2+2+Ca促进乙烯产生,已知在动物PCD过程中,Ca具有启动作用。Roberts和Haigler2+采用CTC荧光染色技术,发现Ca吸收的改变往往伴随着导管分子分化的启动。尽管植2+物细胞PCD的诱导信号和机理目前仍不清楚,但许多实验证据表明Ca在该过程中起着2+重要作用。Raz和Fluhr研究发现,Ca参与了乙烯诱导的植物细胞PCD过程;He等人2+在研究玉米根细胞的PCD中进一步证实了该结果。Ca的升高,还能直接激活依赖钙的核酸内切酶,使之作用于DNA,产生DNA降解。 尽管PCD参与植物发育的许多过程,但植物体中发生PCD的细胞比率小,相对过程短,不利于PCD的检测和机制的深入研究,因此进展缓慢。许多实验表明,植物细胞PCD可以被一定的外界条件诱导产生。Wang等用真菌毒素三羧酸丙烯酸单酯(AAL)诱导番茄原生质体及小叶凋亡,观察到典型的DNA梯状条带和类似PCD小体的结构。周军等研究表明,在适当浓度的乙烯利处理下,胡萝卜原生质体产生了典型的凋亡特征,包括,,,梯状条带,核,,,的断裂,以及类凋亡小体的形成等,因而可以确定,乙烯能诱导胡萝卜原生质体凋亡。另外的研究也表明,乙烯能在不同类型的植物中(豌豆、玉米和胡萝卜)诱导细胞凋亡。孙英丽等也发现细胞色素C可以诱导植物细胞产生典型的PCD。 过敏反应(the Hypersensitive Response,HR)也是一种PCD。植物被病原菌侵染后,感染点周围细胞快速死亡以防止病原菌的传播。通过分离突变体,调节过敏性细胞死亡反应的相关组成已被检测到,但具体是哪些执行了细胞的程序性死亡,还没有结论,且植物中这种形式的PCD是否和其他方式的PCD以及动物中的细胞凋亡相同,还需要进一步的遗传和生化分析。 植物细胞中与PCD有关的基因研究还远没有动物深入,尽管许多实验表明植物PCD与动物是相似的,但分子水平共同特征少。目前仅发现少数几个基因参与植物PCD。 在植物PCD方面已开展了不少研究,但目前的工作远没有弄清楚植物PCD较详细的细胞学特征,而与其相关的分子机制信息则更缺乏,这方面的工作将是今后的主攻方向。 2 3.PCD的研究方法 PCD的研究方法很多,目前主要采用的有形态学观察法、电泳法、末端标记法以及流式细胞光度术等。 3.1形态学观察法包括透射电镜观察超薄切片和石蜡切片染色法 3.1.1透射电镜超薄切片观察法:样品制成超薄切片后,经醋酸双氧铀和柠檬酸染色后,在电镜下观察,可清楚看到PCD细胞染色质浓缩,并趋向核周边,细胞器结构基本完好;坏死细胞染色质分布无规律,细胞器肿胀破裂 )和溴化乙锭(EB)双重染色法、台盼蓝染色法、Hoechst 33 3.1.2染色法:吖啶橙(AO 258染色法和DAPI染色法都是利用细胞膜的通透性来区别PCD与坏死;甲基绿—派诺宁染色法则是利用甲基绿对DNA染色的特异性和派诺宁在酸性条件下对RNA的亲和性,使得PCD时细胞核和细胞质呈现不同染色。 3.2 PCD发生时,核酸内切酶失活,导致DNA非随机性断裂成180—200bp的片段,因此可用电泳来检测PCD的发生。 3.2.1.琼脂糖凝胶电泳:PCD过程中DNA断裂,在含EB的琼脂糖凝胶上电泳出现“梯状”条带,是PCD的典型特征,但这种方法需要较多数目的PCD细胞的存在。 3.2.2.中性法彗星电泳:细胞发生PCD时DNA断裂成不等同的片段,在电流作用下,移出细胞核,荧光染料染色后可观察到彗星图案。彗星电泳法可精确反映细胞的凋亡,且灵敏度高,但缺点是彗星电泳还不能直接检测带壁植物细胞的PCD。 3.3末端标记有简易末端标记、5/末端32P标记和原位末端标记。 原位末端标记法是检测PCD的一种特异且灵敏的方法。 3.4流式细胞光度计可进行植物细胞核DNA含量的测定。 PCD时,DNA发生断裂,用流式细胞光度计检测,在DNA直方图上出现亚二倍体核型峰,此法操作简单,精确度高。 4.PCD研究的意义 植物PCD是一种通过细胞的主动死亡来调节机体的生理活动。PCD不但是保证细胞正常发育所必须,而且是植物的一种重要防卫反应。细胞死亡后被其它细胞吸收利用或构成利于自身发展的特殊结构,对植物的生长发育及新陈代谢起重要作用。皮层细胞死亡形成的通气组织;筛管细胞死后形成的输导组织;植物表面覆盖的一层死亡细胞,具有保护机体,减少水分蒸发的作用,还有器官老化后其养分的回收再利用等,这些都是细胞自身调控的结果。了解PCD发生的机制,通过调节其过程,对控制植物病害的发生,农作物品种选优、粮食生产及贮藏技术的改良都有重要意义。 3 参考文献(略) 4
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