乙烯的生物合成与信号传递
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植物生理书后习题参考答案仅供参考,供参考,参考,考!。
第十一章1植物激素、植物生长物质、植物生长调节剂的定义是什么?答:植物激素(plant hormone):植物内源产生的有机化合物,在极低浓度条件下,对植物的生理过程发生显著的影响。
同时还应满足三个条件:1该物质在植物中广泛分布,而不仅仅为特定的植物所具备;2该物质为植物完成基本的生长发育及生理功能调控所必须,并且不能被其他物质所代替;3作为激素的重要特征,必须和相应的受体蛋白结合发挥作用。
植物生长物质(plant growth substance):指一些小分子化合物,他们在极低的浓度下便可以显著的影响植物的生长发育和生理功能,不仅包括已经确认的各类激素,还包括尚未被认定为激素,但对植物生长发育有重要调节作用的内源物质,还包括人工合成的植物生长调节剂。
植物生长调节剂(plant growth regulator):在农业和园艺生产中使用的一些化合物,这些化合物在微量使用的情况下对植物的生理过程具有显著的调节作用。
2活性生长素的结构特征是什么答:1具有一个芳香环;2具有一个羧基侧链;3芳香环和羧基侧链之间有一个芳香环或氧原子间隔。
生长素和受体结合必须的结构有三点:1一个平面的芳香环结构(是生长素和受体结合的平台);2一个羧基结合位点;3一个疏水侧链将双数两个结合集团隔离并维持固定距离。
3生长素的生物合成有几种类型答:6种,前4个均以色氨酸为前体1吲哚-3-丙酮酸途径(IPA pathway):主要途径。
Trp脱氨→IPA脱羧→吲哚-3-乙醛脱氢酶催化→IAA2吲哚乙腈途径(IAN pathway):trp若干步转化→IAN腈水解酶作用→IAA3吲哚-3-乙酰胺途径(IAM pathway):两个关键酶参与,色氨酸单加氧酶和IAM水解酶。
4色胺途径(TAM pathway):与IPA途径相似,只是脱氨和脱羧反应顺序不同,反应酶类不同。
5吲哚-3-丁酸(IBA):这是存在于多种植物中的一种天然的生长素,可以逆转为IAA6非色氨酸依赖型合成途径:尚未研究清楚4什么是生长素的极性运输?生长素极性运输的机制如何?设计实验证明生长素的极性运输性质。
第八章植物生长物质一。
名词解释植物生长物质(plant growth substance):是指一些调节植物生长发育的物质,包括植物激素和植物生长调节剂。
植物激素(plant hormone , phytohormone):指在植物体内合成,并从产生之处运送到别处,对生长发育起显著作用的微量有机物。
植物生长调节剂(plant growth regulator):指一些具有植物激素活性的人工合成的物质.植物生长调节物质(plant growth regulator substance):指在植物体内合成的、能调节植物生长发育的非激素类的生理活性物质。
生长素的极性运输(polar transport of auxin):生长素只能从植物体形态学的上端向下端运输,而不能倒转过来运输。
激素受体(hormone receptor ):能与激素特异地结合,并引起特殊生理效应的蛋白质类物质。
自由生长素(free auxin):指具有活性、易于提取出来的生长素。
束缚生长素(bound auxin):指没有活性,需要通过酶解、水解或自溶作用从束缚物释放出来的生长素。
生长素结合蛋白(auxin—binding protein):即位于质膜上的生长素受体,可使质子泵将膜内的质子泵至膜外,引起质膜的超极化,胞壁松弛;也有的位于胞基质和核质中,促进mRNA的合成。
自由赤霉素(free gibberellin):指易被有机溶剂提取出来的赤霉素.结合赤霉素(conjugated gibberellin):指没有活性,需要通过酶解、水解从束缚物释放出来的赤霉素。
乙烯“三重反应"(triple response of ethylene):指乙烯使黄化豌豆幼苗变矮、变粗和横向生长。
植物生长促进剂(plant growth promotor):促进分生组织细胞分裂和伸长,促进营养器官的生长和生殖器官发育的物质。
生长抑制剂(growth inhibitor):抑制植物顶端分生组织生长、破坏顶端优势的生长调节剂,如整形素、马来酰肼、抗生长素.生长延缓剂(growth retardant):抑制植物亚顶端分生组织生长、抑制节间伸长的生长调节剂,如矮壮素、烯效唑等。
植物乙烯信号转导通路及其相关基因的研究进展史庆玲;李忠峰;董永彬;李玉玲【摘要】乙烯是植物的重要内源激素之一,乙烯信号转导途径在调控植物生长发育及生物与非生物胁迫中起重要作用.对近年来植物乙烯合成关键酶ACC合酶及植物乙烯信号转导通路中的关键基因,如乙烯受体基因、负调控因子CTR1和转录因子EIN2、EIN3/EIL1和ERFs的功能进行了综述,以期为后续研究提供参考.【期刊名称】《生物技术进展》【年(卷),期】2019(009)005【总页数】6页(P449-454)【关键词】植物;乙烯;乙烯信号转导通路【作者】史庆玲;李忠峰;董永彬;李玉玲【作者单位】河南省种子站,郑州450016;河南农业大学农学院,郑州450046;河南农业大学农学院,郑州450046;河南农业大学农学院,郑州450046【正文语种】中文乙烯是一种具有生物活性的简单气态激素,植物可以通过乙烯的生物合成和信号转导途径,调节其体内的生理过程,协调乙烯信号途径与其他信号途径互作,完成各种生理活动和应答反应,如果实成熟、器官衰老、植物开花、种子休眠、种子萌发、根毛发育以及对生物和非生物胁迫反应等生理过程[1]。
目前对乙烯信号转导的研究主要集中在双子叶模式植物拟南芥中,单子叶模式植物水稻特殊的半水生生活环境与其他单子叶植物小麦、玉米等,对乙烯的反应不同,这暗示着不同单子叶植物可能存在着不同的乙烯信号转导新机制,梳理这些研究成果,对深入理解植物生长发育过程及生物和非生物胁迫中乙烯的调控机理,及对乙烯信号转导机制的解析具有重要的意义。
1 乙烯的生物合成及信号转导途径在模式植物拟南芥中,乙烯的生物合成及信号转导途径已基本研究清楚,如图1所示,首先在铜离子作用下乙烯分子与位于内质网膜上的乙烯受体(ETR1、ERS1、ETR2、ERS2和EIN4)结合,导致负调控组分受体CTR1(constitutive triple response1)复合体失活;失活后的受体CTR1复合体不再磷酸化下游信号组分EIN2 (ethylene-insensitive2),而EIN2 因不被降解而激活;然后EIN2 蛋白羧基端(EIN2 CEND)被切割而游离并进入细胞核;EIN2 CEND可能通过抑制EBF1/2 (EIN3-Binding F-Box 1/2)蛋白介导的转录因子EIN3 (Ethylene-insensitive3)/EIL1 (Ethylene-insensitive-like1)的泛素化降解过程而促进EIN3/EIL1在细胞核内积累,进而EIN3/EIL1转录激活ERF1 (Ethylene-responsive factor1)等下游靶基因表达从而产生乙烯反应[2]。
植物激素信号途径及其调控机制植物生长和发育过程中涉及到复杂的信号传递网络,其中植物激素扮演了相当重要的角色。
植物激素是一类植物内源性化合物,它们能够调控植物的不同生长和发育环节,例如种子萌发、根系、茎叶长高、开花等。
在植物体内,植物激素通过信号途径进行传递,最终来调控基因表达,引起植物体内生化和生理变化。
本篇文章简要介绍植物激素的种类以及主要的信号途径,并分析植物激素信号调控机制。
一、植物激素种类植物激素具有多种类型,选择合适的激素类型就可以在适当的时期让植物生长和发育。
目前已知的植物激素主要有以下五类:1. 赤霉素:是一种植物激素,其可以促进植物的细胞分裂,调节植物的发育比例和发育节奏。
2. 倍半萜内酯(又称独角槽酮):与大多数其他植物激素不同,它们是通过转录后转录后主动逆转录回去,具有强烈的生长抑制作用。
3. 焦磷酸腺苷(AMP):焦磷酸腺苷同样也是一种植物激素,主要参与细胞的代谢和能量传递。
4. 乙烯:是一种气体激素,它能促进植物成熟和个体的生长势。
5. 脱落酸:是一种植物激素,对植物产生对低温和干旱逆境环境的适应性。
以上五种植物激素其影响植物生长和发育的特点都不同。
二、植物激素信号途径植物激素在植物体内能够通过复杂的信号途径进行传递,调控植物内部生理和生化过程。
目前已知的植物激素信号途径主要有以下几种:1. 赤霉素信号途径赤霉素通过TG家族转录因子作用于转录调控因子的变化来实现植物生长发育。
2. 倍半萜内酯信号途径倍半萜内酯是一种透过激活转录胶原蛋白中的蛋白激酶相关蛋白激活因子来施加其作用的植物激素。
3. 焦磷酸腺苷信号途径焦磷酸腺苷可以通过多种途径参与调节植物生长发育,其中较主要的一种是AMPK信号途径。
4. 乙烯信号途径乙烯信号途径处于六个重要环节:生物合成、感应、茎伸长、花开、果实生长和乙烯代谢。
5. 脱落酸信号途径脱落酸通过参与RBOH信号途径和DAG信号途径,较为激活和调控植物细胞生长发育。
植物生长发育的各个阶段, 包括胚胎发生、种子萌发、营养生长、果实成熟、叶片衰老等都受到多种植物激素信号的控制。
人们对植物激素的生物合成途径、生理作用已有大量阐述,在生产上的应用也已取得很大进展,但对其信号转导途径的认识并不是很全面。
今天小编和大家聊一聊,9大类植物激素信号转导途径。
1.生长素与生长素信号转导相关的三类蛋白组分是:生长素受体相关SCF复合体(SKP1, Cullin and F-box complex)、发挥御制功能的生长素蛋白(Aux/IAA)和生长素响应因子(ARF)。
早期响应基因有Aux/IAA基因家族、GH1、GH3、GH2/4、SAUR基因家族、ACS、GST。
生长素信号转导通路主要有4条: TIR1/AFBAux/IAA/TPL-ARFs途径、T MK1-IAA32/34-ARFs途径、TMK1/ABP1-ROP2/6-PINs或RICs 途径和SKP2AE2FC/DPB途径。
2.细胞分裂素细胞分裂素信号转导途径是基于双元信号系统(TCS),通过磷酸基团在主要组分之间的连续传递而实现。
双元信号系统主要包含3类蛋白成员及4次磷酸化事件: (ⅰ)位于内质网膜或细胞膜的组氨酸受体激酶(histidine kinases, HKs)感知细胞分裂素后发生组氨酸的自磷酸化;(ⅱ)将组氨酸残基的磷酸基团转移至自身接受区的天冬氨酸残基上;(ⅲ)受体天冬氨酸残基上的磷酸基团转移至细胞质的组氨酸磷酸化转移蛋白(His-containing phosphotransfer protein, HPs)的组氨酸残基上;(ⅳ)磷酸化的组氨酸转移蛋白进入细胞核并将磷酸基团转移至A类或B类响应调节因子(response regulators, ARR s)。
在拟南芥中已知的细胞分裂素受体有AHK2、AHK3和AHK4 3个,AHP有6个(AHP1〜6),A类和B类ARR分別有10个和1 2个,它们是细胞分裂素信号转导通路的主要组成部分。
植物中激素信号通路的传递机制植物生长发育以及对环境的响应受到许多因素的调控,其中激素在维持植物生长发育及对外界刺激的响应中扮演着重要的角色。
植物中的激素信号通路传递机制是一个复杂的生物学过程,通过多种激素介导的标记和信号射出的传递,从而实现植物对内外刺激的响应。
植物激素是生长素、赤霉素、脱落酸、乙烯、脱落穗酸、腐胺等天然存在于植物体内,具有微量生物活性的物质。
激素在植物生长发育中的作用机理一直是植物生物学研究的热点之一,多年来的研究结果显示,激素信号通路传递主要包括激素分泌、激素转运、感受器识别、信号转导和响应等步骤。
1. 激素分泌植物中的激素在合适的时机通过特定的化学反应路径被生产,并且被释放到细胞外。
一些激素(例如生长素和赤霉素)是通过叶绿体合成的,而其他激素(例如乙烯)是从特定细胞类型或组织中合成的。
激素的分泌是影响激素信号通路传递的起点和关键。
2. 激素转运植物中的激素分泌后可能会被储存或转运到其他部位。
转运方式可以是直接的非活性运输,例如在植物体内以游离形态存在;也可以是间接的通过激素转运蛋白参与运输。
其中脱落酸等物质被转运蛋白ABCB和ABCC介导,生长素和赤霉素被ABCB介导转运。
3. 感受器识别激素通过转运蛋白被传递到感受器上,在感受器上特定的激素结合蛋白认识和绑定激素,进而启动信号转导。
例如在生长素感受器TIR1存在的细胞内,生长素会与TIR1结合形成复合物,并进一步激活转录因子,为信号传导的下一阶段做准备。
4. 信号转导经过感受器识别后,激素信号开始被传递。
这个过程会启动多个信号通路,包括增殖、分化、形态和代谢转换等,确保植物对环境刺激的快速响应。
激素信号的传递是通过激素诱导的分子信号途径实现的,这些途径可以是以MAPK通路为代表的蛋白磷酸化反应,也可以是以拟南芥家族为代表的蛋白转录因子途径。
5. 响应激素信号传递的最终结果是调节植物的生长形态和功能转化,进而对内部或外部刺激做出快速响应。
乙烯生物合成途径及其调控因素哎,今天咱们聊聊乙烯生物合成途径和调控因素,这话题听上去可能有点儿专业,但其实没那么复杂,咱们就像喝茶聊天一样,轻松点儿。
乙烯,这个名字听着有点儿高大上,其实它是植物里一种非常重要的气体,简单来说就是植物的“沟通工具”,能够影响植物的生长、成熟,甚至花的开放,真是个小魔法师啊。
首先说说乙烯是怎么合成的。
这过程就像做饭,有原材料,也有厨师。
植物细胞里,有一些特定的酶,像是厨师们的拿手好菜,负责把一种叫做“甲基乙烯”的东西变成乙烯。
别小看这个过程,里面可是有很多环节的,得经过一系列化学反应,才能最终做好这一道“菜”。
这些酶的活性受很多因素影响,比如温度、光照,还有水分,这就像你在厨房里,火候掌握得当,菜肴才能香气四溢。
咱们得提到一个关键因素,那就是“环境”。
就像人需要适应周围的环境,植物也是一样的。
比如温度高了,植物就会忙着合成乙烯,毕竟在炎热的天气里,它们得加快生长速度嘛。
你想啊,夏天炎热,植物们可不能慢吞吞的,它们要抓紧时间“长大成人”。
反过来说,温度太低了,合成的速度就慢下来,简直是“冻得动不了”。
所以说,环境对乙烯的合成影响可大了,真是“说变就变”。
除了环境,植物自身的生长状态也很关键。
像是成熟的果实,尤其是那些想要吸引小鸟、昆虫的水果,乙烯的合成那是杠杠的。
这时候,它们就像是开了“聚会”,呼唤周围的伙伴,赶紧来享用美味。
这也就是为什么你在水果市场上,看到成熟的香蕉散发着香甜的味道,大家都被吸引过去了。
哎,这可不是随便说说的,乙烯在这儿可是起了大作用。
还有一种调控因素,就是植物的激素。
植物体内有许多种激素,这些小家伙就像是指挥官,负责调节乙烯的合成。
有的激素会促使乙烯合成,有的则是帮忙把它的合成减缓。
就像一个团队,大家分工合作,有的冲锋陷阵,有的稳住阵脚,才让植物在生长过程中游刃有余。
想象一下,一个篮球队,队员之间得配合默契,才能打出精彩的比赛。
咱们还得提到一些外界的因素,比如说病虫害。
ERFs转录因子及其在植物胁迫应答中的作用卢丞文;潘晓琪;朱本忠【摘要】ERFs(ethylene-responsive factors)是植物特有的一类转录因子,位于乙烯信号转导途径的下游,具有一个高度保守的含58或59个氨基酸的DNA结合域,通过结合相关基因的启动子顺式作用元件调控植物生物和非生物胁迫反应.综述ERF转录因子的结构特征和分类及其在植物抗逆作用中的研究进展.【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】6页(P22-27)【关键词】ERFs;转录因子;乙烯;胁迫应答【作者】卢丞文;潘晓琪;朱本忠【作者单位】长春师范学院生命科学学院,长春130032;吉林大学农业与生物工程学院,长春130022;中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京100083;中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京100083【正文语种】中文植物体内与生长发育有关的信号传递,以及外界环境激活的信号传递,如感受外界干旱、高盐、激素、病害及体内细胞发育等信号,都通过一系列传递激发转录因子,当转录因子与顺式作用元件相互作用后,激活RNA聚合酶II转录复合物,从而启动特定基因的转录表达,最后通过基因产物的作用对内、外界信号作出调节反应[1]。
因此,转录因子在基因的表达调控中起关键作用。
转录因子(transcription factors,TF),又称反式作用因子,是指能够与真核基因启动子区域中顺式作用元件发生特异性相互作用的DNA结合蛋白,通过它们之间以及与其它相关蛋白之间的相互作用,激活或抑制转录。
植物许多基因的表达都是由特定的转录因子与特定的顺式作用元件相互作用调控的。
乙烯是重要内源性植物激素,它调节着植物生长发育和许多生理过程,如种子萌芽、植物细胞发育、植物开花、果实成熟、器官衰老与脱落、根表皮细胞程序性死亡、对生物和非生物胁迫反应的应答等[2-5]。
乙烯生物合成途径现在已经研究清楚,它是通过杨氏循环来实现的。
参考文献1肖建平,庞平珍,沈文.植被护坡技术在高速公路边坡治理中的应用[J].土工基础,2012(1)2李留振,李阿根,叶宏飞,翟保黔.椰纤维植被护坡技术在岩石边坡上的应用[J].林业建设,2011(6)3孔东莲,郭小平,赵廷宁.植被护坡技术的研究[J].水土保持研究,2010(1)4贺红亮,王琼,杨知建,闫景彩.高等级公路植被护坡现状与展望[J].中南公路工程,2012(2)5陈莉,曾光辉,程心意,史启敏.浅议植被护坡的应用及发展[J].人民长江,2013(9)6朱力,吴展,袁郑棋.生态植被护坡作用机理研究[J].土工基础,2011(1)(责任编辑张芝)乙烯因对果蔬的成熟具有强烈的促进作用而被誉为“果蔬成熟激素”,与果蔬的成熟衰老有密切的关系。
在生产实践中,科研工作者可通过调控乙烯这把开关来调节果蔬的成熟,进一步干预果蔬的贮藏寿命。
因此,了解乙烯的生物合成途径、调节机理能更清楚地认识果蔬的成熟过程,对果蔬的运输、储藏、保鲜意义重大。
本文对果蔬成熟衰老过程中乙烯的生物合成途径、乙烯合成的基因工程调控、乙烯信号转导及调控的研究进展进行了综述;讨论了果蔬成熟过程中乙烯生物合成及调控研究领域存在的问题,展望了生物工程技术尤其是反义基因技术在乙烯合成领域的应用前景。
2果蔬成熟过程中乙烯的生物合成途径2.1乙烯的合成乙烯生物合成的主要途径可以概括如下:蛋氨酸→SAM →ACC →乙烯(Wang et al ;2004;关永贺,2006)。
图1乙烯生物合成与调控过程(Wang et al;2004)2.2合成乙烯的两个系统在植物中乙烯的合成有2个系统:系统Ⅰ和系统Ⅱ(Mcmurchie et al.,1972)。
根据植物果实和花器官内乙烯是否大量生成,人们把果实分为跃变型和非跃变型两大类(史国安,2003)。
跃变型果果蔬成熟乙烯生物合成与调控研究进展张丽艳严翔方贻文张洪铭(江西省赣州市柑桔科学研究所,江西赣州341000)摘要:乙烯促进采后果蔬的成熟和衰老,因此调控乙烯的生理合成和作用方式逐渐成为采后研究领域的主要内容。
果实发育过程中乙烯的合成与调控刘仲齐;郏艳红;白艳玲【摘要】对果实发育过程中乙烯的合成与调控在分子水平上的研究进展进行了综述,特别是对乙烯合成过程中的3个关键酶ACC合成酶、ACC氧化酶和SAM合成酶以及信号传导对番茄果实成熟的影响进行了讨论.【期刊名称】《天津农业科学》【年(卷),期】2005(011)004【总页数】5页(P5-9)【关键词】乙烯;果实发育;ACC合成酶;ACC氧化酶;信号传导【作者】刘仲齐;郏艳红;白艳玲【作者单位】天津市农业生物技术研究中心,天津,300192;天津市农业生物技术研究中心,天津,300192;南开大学生命科学学院,天津,300192【正文语种】中文【中图分类】S482.8+8果实成熟是一个复杂的发育调控过程,果色、果质、风味、香味等都随着成熟过程而变化,这些变化是基因有序表达并与环境互作的结果[1]。
根据果实成熟过程中乙烯含量的变化,果实被分成呼吸跃变型和非跃变型两大类。
前者在果实成熟过程中,会出现一个呼吸高峰,同时伴随着乙烯含量的急剧增加。
后者在果实成熟过程中无呼吸高峰出现,乙烯含量一直保持在很低的水平上。
对番茄、西瓜、香蕉等呼吸跃变型果实而言,乙烯含量的急剧增加是果实正常成熟必不可少的因素,如果抑制乙烯的合成,这类果实的成熟过程便会减慢甚至无法正常成熟[2~5]。
虽然跃变型果实成熟时没有呼吸上升高峰,但外源乙烯处理此类果实,也能促进其呼吸强度,同时也能促进诸如叶绿素破坏、组织软化、多糖水解等变化。
大量的试验结果一致表明,乙烯影响许多成熟基因的转录和翻译,几乎能促进各种果实的成熟和衰老[6~8]。
尽管乙烯是触发呼吸跃变型果实成熟过程的主要因子,但它不是唯一的因子。
两大类果实中既有乙烯依赖型基因调控途径,同时也有与乙烯无关的基因调控途径[9],有些成熟基因的调控与乙烯的释放与否没有关系。
在呼吸跃变型果实中,乙烯的调控方式有两种系统,系统Ⅰ在植物营养生长阶段发挥作用,乙烯的生产具有自体抑制的特点,主要控制各种组织(包括非跃变型果实)中的乙烯基础含量;系统Ⅱ只在跃变型果实的成熟过程中和花瓣的衰老过程中发挥作用,此时乙烯的生产具有自体催化的特点。
第四章乙烯的生理功能及其调控第一节乙烯的特性及其生理功能一、乙烯的特性乙烯是不饱和的碳氢化合物,化学结构简单,CH2=CH2常温下是气体,略有甜味,无毒,比重为0.9674,每升乙烯重1.25g,几乎所有的高等植物的器官,组织和细胞都具有产生乙烯的能力。
在实验室内可以用乙醇和硫酸同时加热制得或用接触法以乙醇蒸气通过加热至400℃的氧化铝制得。
二、乙烯的生理功能1、改变生长习性乙烯所特有的“三重反应”—矮化、增粗、叶柄偏向性生长效应:抑制茎的伸长生长,促进茎或根的横向增粗及茎的横向生长。
2、促进成熟及呼吸作用催熟是乙烯最主要的和最显著的效应,陈乙烯为催熟激素。
3、促进脱落乙烯是控制叶片脱落的主要激素,因为乙烯能促进细胞壁降解酶—纤维素酶的合成,促进细胞衰老和细胞壁的分解,引起离区近茎侧细胞膨胀,迫使叶片、花、果实机械脱落。
4、促进开花和雌花分化。
5、乙烯的其他效应诱导扦插枝不定根的形成,促进根的生长分化,打破种子和芽的休眠,诱导次生物质(如橡胶树的乳胶)的分泌等。
三、乙烯作用的机理:a、乙烯可以改变果实细胞膜透性,有利于氧气进入,提高呼吸强度,促进成熟。
b、乙烯能提高细胞内酶的活性,代谢加快,促进成熟。
c、乙烯对成熟中需要的蛋白质的合成起调节作用,促进成熟。
1、乙烯诱导酶活性:乙烯诱导高等植物各种生理反应。
如:乙烯诱发苯丙氨酸解氨酶(PAL),过氧化物酶、多酚氧化酶、淀粉水解酶、叶绿素分解酶、纤维素酶、磷酸酯酶等的活性。
2、乙烯能增加细胞膜和亚细胞膜的透性,加强了底物与相应酶的接触,使生化反应容易进行,乙烯在类脂中的溶解度比水中大14倍,而生物膜由类脂和蛋白质组成,推测细胞膜可能是乙烯的作用点。
3、乙烯在果实内的流动性乙烯是一种高度流动性的物质,植物内乙烯没有专门的运输系统,完全靠扩散作用进行传送。
4、乙烯促进RNA的合成乙烯能在蛋白质合成系统的转录阶段起调节作用。
5、乙烯的受体激素分子的活性或有效性与它的受体有关,激素的受体是一种蛋白质,由称受体蛋白质或束缚蛋白。
植物⼄烯信号转导研究进展园艺学报 2014,41(9):1895–1912 http: // www. ahs. ac. cn Acta Horticulturae Sinica E-mail:yuanyixuebao@/doc/40e27ede02d276a201292e35.html 植物⼄烯信号转导研究进展牟望舒,应铁进*(浙江⼤学⽣物系统⼯程与⾷品科学学院,馥莉⾷品研究院,浙江省农产品加⼯技术研究重点实验室,浙江省⾷品加⼯技术与装备⼯程中⼼,杭州 310058)摘要:结合最新研究进展,综述了植物⼄烯信号转导途径中的各级元件,其中包括受体的组成结构和功能,CTR1的负调控模式,MAPK级联是否参与⼄烯信号转导,EIN2向细胞核传递信息的⽅式,EIN3/EILs、ERF的作⽤机制及调控机制等,并对今后有待解决的问题及研究⽅向进⾏展望。
关键词:⼄烯;信号转导;各级元件;调控机制中图分类号:Q 946.885;S 601⽂献标志码:A ⽂章编号:0513-353X(2014)09-1895-18 Study Progress on Ethylene Signal TransductionMOU Wang-shu and YING Tie-jin*(College of Biosystems Engineering and Food Science,Fuli Institute of Food Science,Zhejiang Key Laboratory for Agro-food Processing,Zhejiang R & D Center for Food Technology and Equipment,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)Abstract:This review summarizes major recent discoveries in key components of ethylene signaling pathway which have substantially expanded our view of regulatory networks of the ethylene action. The structure and function of the receptors,the negative regulator CTR1,the controversy on the involvement of MAPK cascade in the ethylene signaling,the mechanisms of EIN2 nuclear translocation,the stability control of EIN3/EILs as well as some other major advances about ethylene signaling made in the last few years are covered. Finally,several unsolved questions are raised for future studies that will help to build a more complete model of ethylene signal transduction.Key words:ethylene;signal transduction;related components;regulatory mechanism⼄烯⽣物合成途径⾸先是由甲硫氨酸(Methionine,Met)合成S–腺苷甲硫氨酸(S-Adenosyl methionine,SAM),SAM在ACC(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid)合成酶(ACC synthase,ACS)的作⽤下合成ACC,最后ACC在ACC氧化酶(ACC oxidase,ACO)作⽤下⽣成⼄烯(Yang & Hoffman,1984)。
植物激素的合成和作用机理植物激素,是一类由植物自身合成或外源性添加的生物激素,能够促进或抑制植物生长发育的生物物质。
植物激素的种类很多,包括生长素、赤霉素、细胞分裂素、乙烯、脱落酸和炭疽酸等。
它们主要通过影响细胞信号转导通路,调控植物的生理、生态和形态特征。
本文将介绍植物激素的合成和作用机理。
一、生长素的合成和作用机理1.生长素的合成生长素是由植物的干旱和侧单芽激发,经过多个生物合成途径合成的。
最初的合成步骤是由色氨酸途径产生生长素前体——脯氨酸,随后脯氨酸进入生长素合成途径,由多种激素合成路径作用后转化为生长素。
生长素的合成受到环境和内部因素的影响,例如光周期、温度、营养状况等,这些因素会通过调节激素代谢途径来影响生长素合成。
2.生长素的作用生长素在植物生长发育中具有极其重要的作用,它能够促进植物细胞的伸长和分裂、提高叶绿素含量、促进植物向阳性生长等。
此外,生长素还能影响植物发育的方向性,促进植物的地下器官的生长,例如促进植物的根系发育,使植物更好的吸收养分和水分。
二、赤霉素的合成和作用机理1.赤霉素的合成赤霉素的合成过程比较复杂,主要包括麦角胺酸合成、麦角胺酸前体的合成、赤霉烷的合成等多个步骤。
麦角胺酸是赤霉素合成的主要前体物质,需要经过多个酶的催化反应才能转化为赤霉素。
2.赤霉素的作用赤霉素作为一种强劲的植物生长素,在植物生长和发育中具有多种作用。
赤霉素能促进植物生长、刺激芽分裂、增加起始材料的储存、促进骨骼的增长等等。
此外,赤霉素还能影响植物的形态特征,如使植物的枝干更加粗壮等。
三、细胞分裂素的合成和作用机理1.细胞分裂素的合成细胞分裂素是种类比较多的植物激素之一,在植物中由多个合成途径合成。
细胞分裂素是由植物器官产生,并且通过植物体内的细胞信号转导途径来对影响生长和发育。
2.细胞分裂素的作用细胞分裂素在植物生长发育过程中起到的作用主要是促进植物细胞的分裂和增长。
通过作用细胞壁合成的酶和细胞内组织的调控,细胞分裂素能够使细胞增大、分裂形成新的细胞等。
植物学通报 2006, 23 (5): 519 ̄530基金项目: 国家自然科学基金(No. 30370130)* Author for correspondence. E-mail: jszhang@乙烯的生物合成与信号传递陈涛,张劲松*中国科学院遗传与发育生物学研究所, 国家植物基因组重点实验室, 北京 100101摘要 乙烯是气体植物激素, 它在植物的生长发育过程中有很多作用。
所以了解乙烯的生物合成及其信号转导是非常重要的。
二十年来, 通过筛选有异于正常三重反应的突变体, 人们发现了乙烯信号转导的粗略轮廓。
在拟南芥中, 有5个受体蛋白感受乙烯, ETR1、ERS1、ETR2、ERS2、EIN4。
它们表现出功能冗余, 是乙烯信号的负调控因子, 在植物体内以二聚体的形式存在。
ETR1的N 端与乙烯结合时需要铜离子(Ⅰ)的参与。
尽管已经发现ETR1有组氨酸激酶活性, 而其它受体有丝氨酸/苏氨酸激酶活性, 但受体参与乙烯信号转导的机制还不是很清楚。
受体与Raf 类蛋白激酶CTR1相互作用, CTR1是乙烯反应的负调控因子。
CTR1蛋白失活使EIN2蛋白活化。
EIN2的N 端是跨膜结构域, 与Nramp 家族金属离子转运蛋白的跨膜结构域类似。
EIN2的C 端是一个新的未知结构域, 与乙烯信号途径的下游组分相互作用。
EIN3位于EIN2的下游, EIN3和EILs 诱导ERF1和其它转录因子的表达, 这些转录因子依次激活乙烯反应目的基因的表达, 表现出乙烯的反应。
EIN3受到蛋白酶体介导的蛋白降解途径的调节。
由于乙烯是一种多功能的植物激素, 其信号途径与其它信号途径有多重的交叉。
关键词 乙烯, 信号转导, ETR1, CTR1, EIN2, EIN3, 激酶, 交叉Ethylene Biosynthesis and Signal Pathway ModelTao Chen, Jinsong Zhang *State Key Laboratory of Plant Genomics, Institute of Genetics and Development Biology , Chinese Academyof Sciences , Beijing 100101, ChinaAbstract The gaseous hormone ethylene has numerous effects during plant growth and development. It is important to know how ethylene is synthesized and how the signal is transduced. During the past twenty years, the isolation and characterization of various mutants that show an altered triple-response phenotype has uncovered a largely linear ethylene signaling pathway with branches in the downstream response pathway. In Arabidopsis, perception of ethylene is performed by five receptors, ETR1, ERS1, ETR2, ERS2, EIN4, which exhibit structural and functional redundancy and are negative regulators of ethylene signaling. The receptors are homodimer in vivo . The membrane-bound N-terminal of ETR1 binds ethylene with the assistance of a copper cofactor Cu (Ⅰ). Although ETR1 was reported to possess histidine kinase activity whereas other receptors have serine/theronine kinase activity, the mechanism of ethylene receptors signaling is largely unclear. The receptors interact with a Raf-like protein kinase CTR1, which is a negative regulator in the ethylene response.Inactivation of CTR1 leads to activation of EIN2, which consists of a novel C-terminal signaling domain, and a N-terminal transmembrane domain with sequence similarity to the Nramp family of metal ion transporters.综述 . 乙烯52023(5)1 乙烯简介乙烯(CH 2=CH 2)是最早发现的植物激素之一。
早在1901年, 俄罗斯植物生理学家Neljubov 就发现照明气中的乙烯会引起黑暗中生长的豌豆幼苗产生“三重反应”(Neljubov,1901)。
1934年, 英国人Gane 研究发现植物能自身产生乙烯, 因此说明了乙烯是植物生长发育的内源调节剂(Gane, 1934)。
1965年Burg 和Burg 提出, 乙烯是一种植物激素(Burg and Burg,1965), 此后这个观点便得到了公认。
乙烯是一种具有生物活性的简单气体分子,它调节着植物生长发育和许多生理过程, 如种子萌发、根毛发育、植物开花、果实成熟、器官衰老及植物对生物和逆境胁迫的反应等(Bleecker and Kende, 2000)。
典型的乙烯反应是“三重反应”, 即: 乙烯处理的暗生长的植物幼苗会表现出下胚轴变短和横向膨大; 根伸长受到抑制; 顶钩弯曲度增大。
乙烯几乎参与了植物生长发育直至衰老死亡的全部过程, 它的内源产生以及信号转导一直是人们所关注的焦点。
2 乙烯的合成及调节机制2.1 乙烯的合成几乎所有的植物组织都能产生乙烯, 但大多数情况下浓度都很低。
Yang 和Hoffman (1984)通过一系列精巧的实验阐明了乙烯的合成途径(Bleecker and Kende, 2000)。
乙烯衍生自甲硫氨酸(图1), 它的产生过程分为以下几个步骤:(1)甲硫氨酸在S -腺苷甲硫氨酸合成酶(S -adomet synthetase, SAMS)催化下变成S-腺苷甲硫氨酸(SAM)(图1)。
SAM 是植物体内主要的甲基供体, 用做许多生化合成途径的底物, 例如乙烯合成途径和精胺/亚精胺合成途径等。
(2)SAM 在ACC 合酶(ACC synthase, ACS)的催化下产生氨基环丙烷羧酸(1-aminocyclo-propane-1-carboxylic acid, ACC)和5’-甲硫腺苷(MTA)。
ACC 合酶是整个乙烯合成途径中的图1 乙烯的合成Fig. 1 Ethylene biosynthesisDownstream of EIN2, EIN3 and EILs function as primary transcription factors that can induce expression of ERF1 and other secondary transcription factors, which in turn regulate a large number of ethylene response genes. EIN3 is regulated by a proteasome-mediated protein degradation pathway. As ethylene is a versatile phytohormone, its response pathway has multiple interactions (crosstalk) with other signaling pathway.Key wordsethylene, signal pathway, ETR1, CTR1, EIN2, EIN3, kinase, crosstalk521 2006陈涛等: 乙烯的生物合成与信号传递关键酶和限速酶。
ACC用于产生乙烯; MTA 则通过甲硫氨酸循环变回甲硫氨酸。
(3)ACC在ACC氧化酶(ACC oxidase, ACO)催化下产生乙烯。
2.2 乙烯合成的调控由于ACC合酶是整个途径的关键酶和限速酶, 所以对ACC合酶的调控对整个合成途径来说是最重要的。
在植物体内, ACC合酶(ACS)是由一个大家族编码的。
以拟南芥为例, 全基因组序列显示共有12个ACS, ACS1-12, 分布于整个5条染色体。
其中, 8个(ACS2, 4-9, 11)是有功能的, ACS1是无功能的, ACS3是假基因, ACS10和ACS12编码对天冬氨酸和芳环氨基酸特异的转氨酶(aminotransferase, ATase)(Yamagami et al., 2003)。
在其它植物中也有类似的情况, 例如番茄和水稻。
ACS2受环己酰亚胺(CHX)、伤害和乙烯处理诱导; ACS4在幼苗期受CHX、吲哚乙酸(IAA)及伤害诱导; ACS5受氯化锂诱导,并且仅在黄化苗中受低浓度细胞分裂素诱导; ACS6受氰化物诱导, 也受CHX、IAA、乙烯诱导(Liang et al., 1992, 1996; Arteca and Arteca, 1999)。
以上结果说明不同ACS基因受不同因素的调节。
对拟南芥中乙烯合成的遗传研究显示ACS 受转录后调控。
拟南芥中筛到3个乙烯过量表达突变体eto1、eto2、eto3。
eto1是一个隐性突变体而eto2和eto3是显性突变体。
eto突变体组成型乙烯反应的表型可以被乙烯合成及乙烯感受的抑制剂所抑制, 表明这些突变体在乙烯合成的调节时受到影响。
分子分析显示eto2突变体是由于ACS5基因的单碱基插入造成C端后11个氨基酸的中断产生的。
虽然eto2中mRNA的水平有少许的变化, 但eto2黄化苗中乙烯的产量是野生型黄化苗的20倍, 表明乙烯产生的增加不是由于基因表达水平改变造成的, 而是由于ACS5的活性增加造成的。