植物发育生物学1-BR signal tranduction
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植物发育生物学相关研究进展学生:学号:导师:摘要:发育生物学最早起源于胚胎学,植物界发育生物学的相关研究工作的开展较动物界要晚。
植物的个体发育是受多基因精细调控的复杂过程,从胚胎发育开始到植株衰老死亡,每一步都包含了许多的发育事件,利用生物科学中其他学科的理论基础与先进生物学技术,从分子、细胞水平研究植物发育过程,将对人类深入了解并揭示植物界各个发育事件的发生机理提供更多信息,以用于生产实践。
植物发育生物学主要内容涉及胚胎发育与基因调控、植物器官的发育、激素调控植物性别分化、植物的衰老、死亡等,我国植物发育生物学相关方面已取得不少成就,而随着生物技术的迅猛发展,植物发育生物学在已有进展的基础上必将收获更多具重大意义的发现。
关键词:发育生物学、植物发育生物学、植物胚胎发育、分子生物学、细胞生物学意大利数学家兼天文学家Giovanni Amici早在1824年便率先发现马齿苋(Portulaca oleracea)的花粉在柱头上发芽,至1849年Hofmeister对19个属中的39种植物进行研究后,才得以明确胚并非在花粉管中发育,而是来源于胚囊内的。
发育生物学自胚胎学相关研究展开,对植物界发育生物学的探索要晚于动物界,20世纪初“碳氮比”假说的提出才初次敲开植物开花机理的发现之门,1937年Chailakhyan提出“成花素”概念,研究人员经70多年不断探索最终确定“成花素”为一类叫做FT的可移动蛋白分子,而与此期间发现的生长素(Auxin)也在极大程度上促进了人们对植物形态建成的认识。
随后因显微镜、电子显微镜等显微技术与离体组织培养、生物化学等科学技术的发展,就植物发育相关的研究已逐渐朝向实验性学科迈进,而分子、细胞生物学的加入又为植物发育生物学进展提供了更加先进的理论与方法。
从发展历史来看,整个发育生物学是一门既古老又年轻的学科,八十年代起,因遗传学、细胞生物学、分子生物学等学科的发展,大量新研究方法使得其进展迅速,这门学科的研究内容延伸至配子的发生和形成,受精过程,细胞分化及形态形成(包括发育过程中不同细胞群如何按照一定时间顺序和空间关系有序地重新配置、特化,从而产生各种细胞类型以最终形成器官表型特征并建立特殊功能),基因于不同发育时期的表达、控制与调节,基因型和表型表达之间的因果关系,发育过程中细胞核与细胞质的关系,细胞间的相互关系及外界因素对胚胎发育的影响等。
发育生物学重点前面是问题,后面是名词解释,名词解释可能是英文的第一章1,植物发育生物学的概念(p1)发育生物学(developmentalbiology)是一门研究生物体从精子和卵子发生、受精、发育、生长到衰老、死亡规律的科学。
2,植物发育的基本特点(课件)答:(1)植物是一种形态学上简单的有机体;(2)植物既可以用孢子,也可以用配子进行生殖;(3)植物细胞具有全能性;(4)高等植物中具有双受精现象;(5)植物胚胎发生完成于休眠种子的形成;(6)高等植物的胚形成两个具有不同发育命运的器官系统;(7)植物具有无限的发育程序;(8)植物的形态建成在没有细胞移动的情况下进行;(9)环境因子在植物发育中扮演主要的角色3,植物发育生物学的基础及发展历程(课件)第二章1,植物极性的几个例子整个植株中存在着极性,拟南芥为例我们可以看到:地上部分是茎,叶,花,角果;地下部分主要是根和很细的根毛。
地上部分是向上(阳光)生长的,地下部分是向下(水分和养分)生长的。
另外植株的单个部分也存在着极性。
植物叶的背腹性也可认为是极性的表现,背即叶上表面(近轴面,又称阳面);腹即叶下表面(远轴面,又称阴面)。
在胚胎发育过程中鱼雷胚时期有RAM和SAM之分。
植物的整个植株由这两个组织发育而来,种子在萌发后,地上部分由茎尖分生组织形成,而地下部分是根尖分生组织发育而来。
1,植物的根有朝向重力方向生长的特点,茎有背离重力方向生长;2,植物地上部分茎叶的正向光性;3,植物受精卵极性导致第一次分裂不对称,多次分裂产生的细胞后续分化方向各不相同,形成种子的不同器官;4,植物单个细胞中mRNA,蛋白质,细胞器的分布具有极性;5,植物细胞支架微管的不对称性;6,植物细胞在不同的部位形成不同的细胞类型。
2,植物细胞极性的内在原因(P36)细胞极性的起源:A.合子基因在细胞中表达;B.母质细胞在细胞中特异表达;C.母质基因在细胞周围表达3,根和茎感受重力的分子机制(P37)植物根系感受重力的组织是根冠,包括柱细胞,根尖细胞,外周根冠细胞,其中柱细胞是根冠感受重力的主要细胞,被称为重力感受细胞,细胞核分布在细胞的中部或顶部,通过细胞骨架与细胞膜相联系,外周由管状或节状内质网构成,由于柱细胞中含致密的淀粉体和高度动态的微纤维网络,并且在重力调控下,这些淀粉体在细胞内的位置可以移动。
第一章植物细胞生理1 .原核细胞(prokaryotic cell) 无典型细胞核的细胞,其核质外面无核膜,细胞质中缺少复杂的内膜系统和细胞器。
由原核细胞构成的生物称原核生物( prokaryote )。
细菌、蓝藻等低等生物属原核生物。
2 .真核细胞(eukaryotic cell) 具有真正细胞核的细胞,其核质被两层核膜包裹,细胞内有结构与功能不同的细胞器,多种细胞器之间有内膜系统联络。
由真核细胞构成的生物称为真核生物( eukayote )。
高等动物与植物属真核生物。
3 .原生质体(protoplast) 除细胞壁以外的细胞部分。
包括细胞核、细胞器、细胞质基质以及其外围的细胞质膜。
原生质体失去了细胞的固有形态,通常呈球状。
4 .细胞壁(cell wall) 细胞外围的一层壁,是植物细胞所特有的,具有一定弹性和硬度,界定细胞的形状和大小。
典型的细胞壁由胞间层、初生壁以及次生壁组成。
5 .生物膜(biomembrane) 即构成细胞的所有膜的总称,它由脂类和蛋白质等组成,具有特定的结构和生理功能。
按其所处的位置可分为质膜和内膜。
6 .共质体(symplast) 由胞间连丝把原生质(不含液泡)连成一体的体系,包含质膜。
7 .质外体(apoplast) 由细胞壁及细胞间隙等空间(包含导管与管胞)组成的体系。
8 .内膜系统(endomembrane system) 是那些处在细胞质中,在结构上连续、功能上关联的,由膜组成的细胞器总称。
主要指核膜、内质网、高尔基体以及高尔基体小泡和液泡等。
9 .细胞骨架(cytoskeleton) 指真核细胞中的蛋白质纤维网架体系,包括微管、微丝和中间纤维等,它们都由蛋白质组成,没有膜的结构,互相联结成立体的网络,也称为细胞内的微梁系统 (microtrabecular system) 。
10 .细胞器(cell organelle) 细胞质中具有一定形态结构和特定生理功能的细微结构。
植物发育生物学的研究进展与前沿植物发育生物学是研究植物生长和发育过程的科学领域。
随着生物学研究的深入,植物发育生物学在过去几十年中取得了显著的进展,并且在某些方面取得了前沿的突破。
本文将介绍植物发育生物学的研究进展和前沿,并探讨其对植物科学和农业领域的意义。
一、基因调控的研究进展植物发育生物学的核心是研究基因调控对植物生长和发育的影响。
近年来,随着高通量测序技术的发展,植物基因组学取得了重大突破。
通过对植物基因组进行深入研究,科学家们发现了大量调控植物发育的基因,并阐明了它们在不同生长阶段的作用机制。
此外,植物中一些重要的调控因子,如雄性不育因子、激素信号通路、转录因子家族等也成为了研究的热点。
这些研究揭示了植物生长与发育的分子机理,对于理解植物的进化和适应性演化具有重要的意义。
二、组织发育的研究进展植物组织发育是指植物细胞在生长和分化过程中形成各种组织和器官的过程。
近年来,科学家们通过对植物组织发育的研究,揭示了植物细胞分裂、扩张以及重要激素调控通路的分子机制。
特别是在根系和茎叶发育领域,研究人员发现了一些关键基因和信号通路,通过调控细胞极性以及细胞间的相互作用,控制植物的组织形态和器官的发育。
三、植物发育的环境调控环境调控是植物发育生物学研究的重要方向之一。
植物作为固定生物体,受到环境因素的直接影响,如光照、温度、水分等。
最近的研究表明,植物利用一系列信号转导通路和基因调控网络来感知和响应环境变化,调整自身的发育模式。
例如,植物在光照强度较低的条件下会发生光形态转变,产生长的、细的茎干和大的叶片以获取更多的光能。
而在干旱条件下,植物则通过调控根系的生长和分支来适应水分的缺乏。
四、植物发育生物学在农业中的应用植物发育生物学的研究成果不仅对于深入理解植物发育的分子机制具有重要意义,也为农业领域的应用提供了新的思路和方法。
通过研究植物基因调控网络,科学家们可以改良作物的品质和增强抗逆性。
例如,通过调控植物激素通路中的关键基因,可以提高作物的营养价值和产量。
教材:《植物发育生物学》崔克明著,北京大学出版社,2005年植物发育生物学,白书农著,北京大学出版社,2003年植物发育的机制,英Ottoline Leyser著,瞿礼嘉邓兴旺译 2006《发育生物学》张红卫著,2005成绩评估:上课出席(10%),平时成绩(10%),实验报告(20%),期末考试(60%)第一章导论在介绍关于植物发育研究的具体内容之前,本章将先对有关植物发育生物学这个名词所涉及的一些概念和历史方面的内容做简单的介绍。
问题:植物发育生物学(Plant Developmental Biology)研究的对象是什么?它与传统的以动物为研究对象的发育生物学(Developmental Biology)之间有什么样的关系?它又与过去的植物发育生理或生殖生物学之间有什么样的关系?1.1发育和发育生物学1.1.1发育的概念发育:1999年辞海中,生物体在生命周期中,结构和功能从简单到复杂的变化过程。
个体发育:从受精卵形成胚胎并成为性成熟个体的过程。
Development:在英文中,不仅被用于生物学领域。
类似房地产开发这样的开发活动、音乐作品中交响乐主题的发展、摄影中的底片显影过程,也都用development。
为什么这么多与生物中的发育现像看起来风马牛不相及的事物在英文中却使用同一个名词呢?从该英文词的辞源分析可以发现,这些事物之间确实在本质上有相同之处。
Develop最早的辞形desveloper由des(分离、剥离)+voloper(包装)两部分构成。
显然,development本来的含义应为将被包装起来的东西打开。
由于房地产开发时将设计蓝图变为实物,底片中银粒已在曝光时将影像保存,因此自然应该用development。
对于生物的发育而言,个体是由卵、胚胎等简单的结构变化而来,因此人们很容易想象这些个体的早期一定也是被什么包装了的东西,这些东西在后来逐渐被打开,最后形成我们看到的生命个体。
第七章植物体内的细胞信号转导生长发育是基因在一定时间、空间上顺序表达的过程,而基因的表达则受周围环境的调控。
动物通过神经和内分泌系统调节自身,适应环境,而植物没有这两个系统,它是通过精确、完善的信号转导系统来调节8身,适应环境。
植物细胞信号转导(signal transduction)主要研究植物感受、传导环境刺激的分子途径及其在植物发育过程中调控基因的表达和生理生化反应。
信号传导包括信号、受体、信号转导网络和反应等环节。
图7-l是细胞信号转导的主要分子途径模式图。
各种各样的信号通过受体输入之后,细胞内的各种转导途径如同电脑的集成块那样,纵横交错,复杂而有序,经过分析、整理,最终输出命令,调节细胞的生理生化反应。
当然,有生命的活体细胞的信号转导系统远比电脑系统复杂得多。
第一节环境刺激和胞外信号一信号信号(Signal 信息的物质体现形式和物理过程。
简单地说,刺激就是信号。
植物通过接受环境刺激信号而获得外界环境的信息。
植物在生长和发育过程中,时刻处于大量外界环境信号,如机械刺激、温度、光照、气体、重力、触摸、病原因子、伤害、水分等的刺激之下,同时还面对体内其他细胞传来的信号,如生长调节剂、多肽、糖、代谢物、甾体、细胞壁片段、与膨压有关的细胞壁二、胞间信号当环境刺激作用于植物体的不同部位时,会发生细胞间的信号传递。
胞间信号包括物理信号(电信号)和化学信号(激素、寡聚糖等)。
在研究胞间物理信号方面,娄成后认为,植物受到外界刺激时可产生电波,通过维管束、共质体和外质体快速传递信息。
研究表明,细胞动作电位的产生与质膜上的离子流动有关。
土壤干旱时,植物根尖合成脱落酸(ABA),通过导管向上运到叶片保卫细胞,引起保卫细胞内的胞质Ca2+等一系列信号转导,产生生理、生化反应,最后使气孔关闭。
详细信号转导过程见第八章。
在上述生理反应中,土壤干旱(胞外刺激)是信号转导过程中的初级信使(primary messenger),ABA是胞间的化学信号,保卫细胞内的胞质Ca2+等传递胞外信号的一系列信号分子就是第二信使(second messenger)。
植物发育⽣物学植物发育⽣物学复习资料第⼀节植物发育⽣物学概论⼀、植物发育⽣物学1、概述:是从分⼦⽣物学、⽣物化学、细胞⽣物学、解剖学和形态学等不同⽔平上,利⽤多种实验⼿段研究植物体的外部形态和内部结构的发⽣、发育和建成的细胞学和形态学过程及其细胞和分⼦⽣物学机理的科学。
是研究植物⽣长发育及其遗传控制的学科,即研究植物个体发育规律及其调控机理的学科。
⼆、植物的⽣长发育与动物的不同1、植物和动物最早的共同祖先是单细胞的真核⽣物2、动物在胚胎发育中其组成细胞可移动位置,植物的则不能移动,细胞间彼此联结很紧密。
植物外形的形成依赖于不同位置细胞的分裂速度和伸长⽅向的差异3、动物细胞通常没有细胞壁,植物则有。
因此植物细胞死后仍保持⼀定的形态,死细胞和活细胞共同组成植物体。
4、植物细胞⽐动物细胞更容易表现出全能性,容易在⼈⼯培养条件下发育成新的个体。
5、动物胚胎发育完成后⼏乎是全⾯地⽣长,成熟动物体中不在特定部位保留⼲细胞群,不再增加新的器官和组织。
植物则是在特定部位保留有分⽣组织细胞群,形成局部⽣长,⼀⽣中不断形成新的器官和组织。
(1)植物发育是连续的;(2)植物具有⽆限的发育程序6、动物在环境中是可以⾃由移动的,植物则不能主动移动。
7、动物的减数分裂发⽣于形成配⼦体时,只有⼆倍体的动物体,没有单倍体的动物体,因此没有世代交替。
⽽⾼等植物的减数分裂发⽣于形成孢⼦时,既有⼆倍体的体物体,也有单倍体的植物体,两种植物体交互出现形成世代交替。
(1)苔藓植物的⽣活史1)苔藓植物——是过渡性的陆⽣植物。
⼩型的叶状体或有茎叶分化的植物体,具假根;配⼦体发达,孢⼦体寄⽣其上,受精需⽔。
2)苔藓植物⽣活史的特点①具有明显的世代交替,配⼦体发达,孢⼦体退化,孢⼦体寄⽣在配⼦体上;②合⼦在颈卵器内发育成下⼀代植物的雏体(胚),称为有胚植物;③孢⼦⾸先萌发形成绿⾊的原丝体(丝状或⽚状),然后再发育形成配⼦体。
(2)蕨类植物的⽣活史1)蕨类植物——具有根、茎、叶的草本植物(少数⽊本),有维管系统,孢⼦体发达,配⼦体不发达,能独⽴⽣活;受精仍需要⽔。
植物发育生物学资料一、名词解释1、花器官发生ABC模型:完全花器官由花萼(1轮)、花瓣(2轮)、雄蕊(3轮)、雌蕊(4轮)组成。
A类(AP1、AP2)、B类(AP3/PI)、C类(AG)调控因子分别与SEP1、2、3形成不同的聚合体,分别在1轮(A)、2轮(AB)、3轮(BC)、4轮(C)控制相应部位花器官的分化和形成。
2、春化作用:是植物需要经过一段时间的低温处理才能开花的现象。
目前发现低温促进开花是由于三种蛋白VRN1、2、VIN3在低温下诱导表达,它们抑制开花负调控基因FLC的表达,从而促进开花。
3、光敏素(PHY):是一种N端感光区与线形四环吡咯发色团共价结合的蛋白质复合体,接收红光/远红光后,蛋白质的构象改变,C 端激酶活化,通过磷酸化将光信号传导下去。
4、根边界细胞:是生长到一定长度的根尖处由根冠外围细胞脱离的、有组织的活细胞,其功能是防御和帮助植物吸收营养。
环境因素和遗传因素控制边界细胞的释放。
5、近轴-远轴极性决定基因:近轴远轴特性是指以某器官中心轴为基准,近的是近轴,远的是远轴。
例如HD-ZIP III 类基因PHB、PHV、REV决定植物的近轴特性,抑制远轴特性。
KANl\2\3 类基因、YAB类的YAB3、FIL决定远轴特性,抑制近轴特性。
6、拟南芥生物钟分子结构:是由三个蛋白构成的一个光周期调控的反馈循环。
这三个蛋白是CCA1 、LHY 、TOC1 。
前两者被磷酸化后抑制TOC1 的表达,TOC1 转录翻译后促进CCA1 、LHY 的转录表达。
光通过光受体促进CCA1 、LHY 的表达,抑制TOC1 的表达。
7、隐花素:是吸收蓝光紫外光,在N 端非共价结合FAD 发色团,感受光能,并将能量传给C 端激酶区域,使具备进行磷酸化催化反应的能力的光受体蛋白。
植物中是CRY 。
(趋光素:是吸收蓝光紫外光,在N 端非共价结合FMN 发色团,感受光能,并将能量传给C 端激酶区域,使具备进行磷酸化催化反应的能力的光受体蛋白。