植物生理学专业知识培训专家讲座.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 植物细胞信号转导,植物生理学专业知识培训,第1页,生长发育是基因在一定时间、空间上次序表示过程，而基因表示则受周围环境调控。植物是经过准确、完善信号转导系统来调整本身、适应环境,即：植物体新陈代谢和生长发育主要受遗传及环境改变信息调整控制。首先遗传信息决定着植物体代谢和生长发育基本模式，另首先这些基因表示及其所控制生命代谢活动实现，在很大程度上受控于其所生活外界环境。植物体生活在多变环境中，生活环境对其影响贯通在植物体整个生命过程,植物细胞怎样综合外界和内部原因控制基因表示，植物体怎样感受其生存环境刺激，环境刺激怎样调控和决定植物生理、生长发育和形态建成，成为植物生物学研究中人们普遍关注问题,序言,植物生理学专业知识培训,第2页,植物细胞信号转导,（signal transduction）主要是指植物感受、传导环境刺激分子路径及其在植物发育过程调控基因表示和生理生化反应之间一系列分子反应机理。信号转导包含信号、受体、信号转导网络和反应等步骤,细胞信号转导是生物结构间交流信息一个最基本、最原始和最主要方式。当前，信号转导研究对植物科学全部方面做出了主要贡献，将许多领域研究组成一个系统信号转导路径，并由这些信号路径通向揭示浩繁生命奥秘细胞过程,植物生理学专业知识培训,第3页,细胞信号转导分子路径,在植物细胞信号反应中，已发觉有几十种信号分子。按其作用范围可分为胞间信号分子和胞内信号分子,对于细胞信号传导分子路径，可分为四个阶段，即：胞间信号传递、膜上信号转换、胞内信号转导及蛋白质可逆磷酸化,细胞信号传导主要分子路径IP3.三磷酸肌醇；DG.二酰甘油；PKA.依赖cAMP蛋白激酶；PK Ca,2+,依赖Ca,2+,蛋白激酶；PKC.依赖Ca,2+,与磷脂蛋白激酶；PK Ca,2+,CaM.依赖Ca,2+,CaM蛋白激酶,植物生理学专业知识培训,第4页,第一节 植物细胞信号转导概述,信号（signal）简单说来就是细胞外界刺激，又称为第一信使（first messenger）或初级信使（primary messenger），包含胞外环境信号和胞间信号（intercellular signal,植物生理学专业知识培训,第5页,胞外环境信号,是指机械刺激、磁场、辐射、温度、风、光、CO,2,、O,2,、土壤性质、重力、病原因子、水分、营养元素、伤害等影响植物生长发育主要外界环境因子,胞间信号,是指植物体本身合成、能从产生之处运到别处，并对其它细胞作为刺激信号细胞间通讯分子，通常包含植物激素、气体信号分子NO以及多肽、糖类、细胞代谢物、甾体、细胞壁片段等。胞外信号概念并不是绝正确，伴随研究深入，人们发觉有些主要胞外信号如光、电等也能够在生物体内组织、细胞之间或其内部起信号分子作用,胞外信号概念并不是绝正确，伴随研究深入，人们发觉有些主要胞外信号如光、电等也能够在生物体内组织、细胞之间或其内部起信号分子作用,植物生理学专业知识培训,第6页,不论是胞外信号还是胞间信号，均含有一定信息（information）,信号是信息,物质表示形式和物理过程,信号,主要功效,在细胞内和细胞间传递生物信息,当植物体感受信号分子所携带信息后，或引发跨膜离子流动，或引发对应基因表示，或引发对应酶活性改变等，最终造成细胞和生物体特异生理反应,植物生理学专业知识培训,第7页,植物体内信号分类,植物体内胞间信号可分为两类：即,化学信号和物理信号,(一)化学信号,化学信号(chemical signal)是指细胞感受刺激后合成并传递到作用部位引发生理反应化学物质,普通认为，植物激素是植物体主要胞间化学信号。比如：脱落酸（ABA）,这种伴随刺激强度增加，细胞合成量及向作用位点输出量也随之增加化学信号物质称之为正化学信号(positive chemical signal),这么伴随刺激强度增加，细胞合成量及向作用位点输出量随之降低化学信号物质称为负化学信号(negative chemical signal),植物生理学专业知识培训,第8页,（二）物理信号,物理信号,(physical signal)是指细胞感受到刺激后产生能够起传递信息作用电信号和水力学信号,电信号传递是植物体内,长距离传递信息,一个主要方式，是植物体对外部刺激最初反应,国著名植物生理学家娄成后教授在20世纪60年代就指出：“电波信息传递在高等植物中是普遍存在。”他认为植物为了对环境改变作出反应，既需要专一化学信号传递，也需要快速电波传递,植物生理学专业知识培训,第9页,植物常见长距离信号类型,1.易挥发性化学信号在体内气相传递,易挥发性化学信号可经过在植株体内气腔网络(air space network)中扩散而快速传递，通常这种信号传递速度可达2mms,-1,左右。植物激素乙烯和茉莉酸甲酯(JA-Me)均属这类信号，而且这两类化合物在植物某器官或组织受到刺激后可快速合成,2.化学信号韧皮部传递,韧皮部是同化物长距离运输主要路径，也是化学信号长距离传递主要路径。植物体内许多化学信号物质，如ABA、JA-Me、寡聚半乳糖、水杨酸等都可经过韧皮部路径传递,3.化学信号木质部传递,化学信号经过集流方式在木质部内传递,4.电信号传递,植物电波信号短距离传递需要经过共质体和质外体路径，而长距离传递则是经过维管束,5.水力学信号传递,水力学信号是经过植物体内水连续体系中压力改变来传递。水连续体系主要是经过木质部系统而贯通植株各部分，植物体经过这一连续体系首先可有效地将水分运往植株大部分组织，同时也可将水力学信号长距离传递到连续体系中各部分,植物生理学专业知识培训,第10页,（三）受体,受体,（receptor）是细胞表面或亚细胞组份中一个天然分子，能够识别并特异地与有生物活性化学信号物质配体（ligand）结合，从而激活或开启一系列生物化学反应，最终造成该信号物质特定生物学效应；受体是指在效应器官细胞质膜上能与信号物质特异性结合，并引发产生胞内次级信号特殊成份。受体能够是蛋白质，也能够是一个酶系,受体与配体（即刺激信号）相对特异性识别和结合，是受体最基本特征，不然受体就无法识别外界特殊信号配体分子，也无法准确地获取和传递信息。二者结合是一个分子识别过程，靠氢键、离子键与范德华力作用，配体与受体分子空间结构互补性是特异性结合主要原因,植物生理学专业知识培训,第11页,受体功效,植物感受各种外界刺激信号转导过程中，受体功效主要表现在两个方面：,第一，,识别并结合特异信号物质，接收信息，通知细胞在环境中存在一个特殊信号或刺激原因,第二，,把识别和接收信号准确无误地放大并传递到细胞内部，开启一系列胞内信号级联反应，最终造成特定细胞效,应。要使胞外信号转换为胞内信号，受体这两方面功效缺一不可,受体依据其存在部位不一样通常分为细胞表面受体和膜内受体（图）。细胞表面受体存在于细胞质膜上，大多数信号分子不能过膜，经过与细胞表面受体结合，经过跨膜信号转换，将胞外信号传至胞内。膜内受体是指存在于细胞质中或亚细胞组分（细胞核等）上受体。大部分水溶性信号分子（如多肽激素、生长因子等）以及个别脂溶性激素能够扩散进入细胞，与膜内受体结合，调整基因转录,植物生理学专业知识培训,第12页,受体和信号物质结合是细胞感应胞外信号，并将此信号转变为胞内信号第一步。通常一个类型受体只能引发一个类型转导过程，但一个外部信号可同时引发不一样类型表面受体识别反应，从而产生两种或两种以上信使物质,普通认为受体存在于质膜上。然而植物细胞含有细胞壁，它可能使一些胞间信号分子不能直达膜外侧，而首先作用于细胞壁。一些外界刺激有可能经过细胞壁质膜细胞骨架蛋白变构而引发生理反应,信号感受,植物生理学专业知识培训,第13页,二 植物细胞信号转导特点,生理现象,感受刺激,对应生理反应,光诱导种子萌发,光,种子萌发,气孔运动,光、黑暗、ABA等,气孔开闭运动,植物向光性反应,光,植物向光性生长,含羞草感振运动,机械刺激,含羞草小叶运动,根向地性生长运动,重力,根向地性生长,光照控制植物开花,光,植物开花,植物春化反应,低温,植物开花,植物叶片脱落,光周期,叶脱落,乙烯诱导果实成熟,乙烯,果实成熟,一些常见植物信号转导反应,植物生理学专业知识培训,第14页,植物细胞在信号转导过程上同动物细胞大致上类似，也分为信号感受、跨膜信号转导、信号级联放大与整合、细胞特定生理反应4个阶段。但与动物比较含有：,第一，,植物不能像动物那样能够运,动，其一生总是固定在一个地方。当其生活环境条件改变，碰到不利于其生存逆境胁迫时，植物不能经过运动去主动逃避逆境，植物只能被动接收，不过这种被动接收并不是完全意义上被动，人们研究发觉植物体能够经过整和环境信息来调整本身生理活动去主动努力地适应环境改变，这是植物细胞有别于动物细胞信号转导一个主要区分,第二，我们知道高,等植物属于自养生物，植物怎样感受环境中太阳光，并经过光合作用固定太阳光把光能转换为生物本身能量信号转导过程,一样是动物所不具备,第三，我们知道动物神经系统和循环系统在长距离信号转导传输过程中起着主要作用，而植物只有木质部和韧皮部两大输导系统，,植物怎样将长距离信号传输到对应组织细胞信号转导过程一样有别于动物,植物细胞信号转导系统在一些方面还保留了低等原核细胞信号转导机制,植物生理学专业知识培训,第15页,三 植物细胞信号转导研究内容和意义,伴随动物细胞信号转导研究内容深入、系统和完善，植物细胞信号转导研究也逐步受到人们关注,植物细胞信号转导研究详细内容包含,代谢、发育和遗传许多方面,从其机制上能够简单概括为：,研究植物细胞感受、耦合各种胞内外刺激,（初级信号），并将,这些胞外信号转化为胞内信号,（次级信号），经过,细胞内信号系统调控细胞内生理生化变,化，包含细胞内部基因表示改变、酶活性和数量改变等，最终引发植物细胞甚至植物体特定生理反应信号转导路径和分子机制,植物生理学专业知识培训,第16页,第二节 跨膜信号转导,胞间信号从产生位点经长距离传递抵达靶细胞，靶细胞首先要能感受信号并将胞外信号转变为胞内信号，然后再开启下游各种信号转导系统，并对原初信号进行放大以及激活次级信号，最终造成植物生理生化反应,对于细胞内受体而言，信号物质（配体）能够进入细胞内部与胞内受体结合，完成细胞信号直接跨膜进入。而对于细胞表面受体反应，外界信号首先与细胞表面受体结合，不能直接将其所携带信息传递到细胞内部,外界信号物质与细胞表面受体结合后，将外界信号转换为胞内信号过程称为信号跨膜转换。细胞通常采取以下三种方式将胞外信号跨膜转换为胞内信号,植物生理学专业知识培训,第17页,1经过离子通道连接收体跨膜转换信号,离子通道（ion channel）是存在于膜上能够跨膜转运离子一类蛋白质。而离子通道型受体即离子通道连接收体，除了具备转运离子功效外，同时还能与配体特异结合和识别，具备受体功效,当这类受体和配体结合接收信号后，能够引发跨膜离子流动，把胞外信息经过膜离子通道转换为细胞内某一离子浓度改变信息,植物生理学专业知识培训,第18页,植物生理学专业知识培训,第19页,2酶促信号直接跨膜转换,在研究植物激素乙烯受体时发觉，乙烯受体有两个基本部分，一个是组氨酸蛋白激酶（His protein kinase,HPK），另一个是效应调整蛋白，（response-regulator protein,RR）。当HPK接收胞外信号后，激酶组氨酸残基发生磷酸化，而且将磷酸集团传递给下游RR。RR天冬氨酸残基部分（信号接收部分）接收了传递过来磷酸集团后，经过信号输出部分，将信号传递给下游组分。下游末端组分通常是转录因子，从而能够调控基因表示,该过程跨膜信号转换主要由酶连受体来完成。这类受体除了含有受体功效外，本身还是一个酶蛋白，当细胞外受体区域和配体结合后，能够激活含有酶活性胞内结构域，引发酶活性改变，从而引发细胞内侧反应，将信号传递到胞内,植物生理学专业知识培训,第20页,3经过G蛋白偶联受体跨膜转换信号,在受体接收胞间信号分子到产生胞间信号分子之间，往往要进行信号转换，通常认为是,经过G蛋白,将转换偶联起来，故又称偶联蛋白或信号转换蛋白。G蛋白全称为GTP结合调整蛋白(GTP binding regulatory protein)，这类蛋白因为其生理活性有赖于三磷酸鸟苷(GTP)结合以及含有GTP水解酶活性而得名。,20世纪70年代初在动物细胞中发觉了G蛋白存在，进而证实了,G蛋白是细胞膜受体与其所调整对应生理过程之间主要信号转导者,。G蛋白信号偶联功效是靠GTP结合或水解产生变构作用完成,植物生理学专业知识培训,第21页,G蛋白,细胞内G蛋白普通分为两大类：一类,是由三种亚基(、)组成异源三体G蛋,白，另,一类是只含有一个亚基单体“小G蛋白”,小G蛋白是一类只含有一个亚基单聚体G蛋白，它结合GTP或GDP，结合了GTP之后都呈活化态，能够开启不一样信号转导。它们分别参加细胞生长与分化、细胞骨架、膜囊泡与蛋白质运输调整过程,在细胞跨膜信号转导中起主要作用是异三聚体G蛋白(heterotrimeric G-proteins，也被称作大G蛋白),植物生理学专业知识培训,第22页,异源三体G蛋白,异三聚体G蛋白由3种不一样亚基、组成。,紧密结合在一起。失活G蛋白以GDP,-,异三聚体形式存在,G蛋白激活,：激动剂与受体结合，使G蛋白,与,分离，GDP-,变为GTP-,G蛋白失活,：G蛋白有内在,GTP酶活性,，水解GTP使GTP-,变成GDP-,植物生理学专业知识培训,第23页,植物生理学专业知识培训,第24页,G蛋白偶联胞外信号转导过程,当无外界刺激时，异三聚体G蛋白处于非活化状态，以三聚体形式存在，亚基上结合着GDP，此时其上游受体和下游效应酶均无活性,当细胞接收外界信息后，信号分子与膜上受体（非激活型）结合后引发受体构象改变，形成激活型受体。激活型受体可与G蛋白亚基结合，并引发亚基构象改变，释放GDP，结合GTP，形成激活型亚基。活化亚基深入与亚基复合体解离，并与下游靶效应器结合，将信号传递下去,植物生理学专业知识培训,第25页,G蛋白调整,G蛋白参加跨膜转换信号方式主要是亚基调整，而亚基功效主要是对G蛋白功效调整和修饰，或把G蛋白锚定在细胞膜上。伴随研究深入，越来越多证据表明，G蛋白被受体激活后亚基游离出来也能够直接激活胞内效应酶有些甚至是亚基和亚基复合体协同调整,当前所知道8种不一样腺苷酸环化酶（AC）同工酶中，AC1经过亚基激活，AC2、AC4、AC7则直接被亚基激活，但需要亚基存在，两种协同起作用,植物生理学专业知识培训,第26页,第三节 细胞内信号转导,假如将胞外各种刺激信号作为细胞信号传导过程中初级信号或第一信使，那么则能够把由胞外刺激信号激活或抑制、含有生理调整活性细胞内因子称细胞信号传导过程中次级信号或第二信使(second messenger),植物生理学专业知识培训,第27页,1.钙信号系统,植物细胞内游离钙离子是细胞信号转导过程中主要第二信使。植物细胞质中Ca,2+,含量普通在,10,-7,10,-6,molL,-1,，而胞外Ca,2+,浓度约为,10,-4,10,-3,molL,-1,；胞壁是细胞最大Ca,2+,库，其浓度可达,15molL,-1,；细胞器Ca,2+,浓度也是胞质几百到上千倍，所以Ca,2+,在植物细胞中分布极不平衡,植物细胞中Ca,2+,运输系统,质膜与细胞器膜上Ca,2+,泵和Ca,2+,通道，控制细胞内Ca2+分布和浓度；胞内外信号可调整这些Ca,2+,运输系统，引发Ca,2+,浓度改变。在液泡内，Ca,2+,往往和植酸等有机酸结合。核膜Ca,2+,-ATPase在动物中发觉,植物生理学专业知识培训,第28页,几乎全部胞外刺激信号(如光照、温度、重力、触摸等物理刺激和各种植物激素、病原菌诱导因子等化学物质)都可能引发胞内游离钙离子浓度改变，而这种改变时间、幅度、频率、区域化分布等却不尽相同，所以有可能不一样刺激信号特异性正是靠钙离子浓度改变不一样形式而表达,胞内游离钙离子浓度改变可能主要是经过钙离子跨膜运转或钙螯合物调整而实现，另外，在质膜、液泡膜、内质网膜上都有钙离子泵或钙离子通道存在,植物生理学专业知识培训,第29页,胞内Ca,2+,信号经过其受体-钙调蛋白转导信号。现在研究得较清楚植物中钙调蛋白主要有两种：钙调素与钙依赖型蛋白激酶,E代表酶，*代表激活态，n代表与CaM结合Ca,2+,分子数，m代表活化CaM,植物生理学专业知识培训,第30页,几个实例,钙调素,(calmodulin,CaM)是最主要多功效Ca,2+,信号受体，由148个氨基酸组成单链小分子(分子量为17 00019 000)酸性蛋白。CaM分子有四个Ca,2+,结合位点。当外界信号刺激引发胞内Ca2+浓度上升到一定阈值后(普通,-6,mol.L,-1,),Ca,2+,与CaM结合，引发CaM构象改变。而活化CaM又与靶酶结合，使其活化而引发生理反应。当前已知有十各种酶受Ca,2+,-CaM调控，如蛋白激酶、NAD激酶、H,+,-ATPase等。在以光敏色素为受体光信号传导过程中Ca,2+,-CaM胞内信号起了主要调整作用,植物生理学专业知识培训,第31页,Ca,2+,信号反应在气孔关闭过程中，与多个离子通道活性及H+泵相协调 在这个模型中，受体（R）感受ABA作用造成了Ca,2+,输入或Ca,2+,从内部储存中释放，从而使得细胞质中自由Ca,2+,浓度促进了质膜上阴离子与K,+,Out通道开放，并抑制了K,+,in通道开放。,当离开细胞离子比进入细胞多时，流出细胞水量就会超出进入水，如此，细胞就会失去膨胀作用，从而使得气孔关闭,植物生理学专业知识培训,第32页,蔡南海(NamHai Chan)验室用光敏色素A缺失番茄单细胞突变系，研究了完整叶绿体中各种光系统色素蛋白质及酶基因表示所必需光信号传导过程。将信号系统中各组分，如光敏色素A、G蛋白激活剂，Ca2+及CaM、cGMP、cAMP等以及它们不一样组合微注射入单细胞内，随即对叶绿体内各种色素蛋白和酶系在基因活化、转录、翻译三个水平进行观察,光刺激后，上游光敏色素与G蛋白激活对完整叶绿体发育及花色素苷合成是共同必须；Ca,2+,-CaM系统参加PS捕光色素、Rubisco等光诱导产生，但不参加诱导花色素苷合成，因而只形成不成熟叶绿体；而cGMP在植物花色素苷诱导中起决定作用，并与Ca,2+,-CaM一起诱导PS和Cyt b-6/f合成,植物生理学专业知识培训,第33页,2.肌醇磷脂信号系统,肌醇磷脂信使系统是植物细胞信号转导中另一个主要胞内信使系统，其发觉细胞信号转导研究史上是继cAMP、钙调素发觉以来第三个里程碑,肌醇磷脂(inositol phospholipid)是一类由磷脂酸与几醇结合脂质化合物，分子中含有甘油、脂酸磷酸和肌醇等基因，其总量约占膜脂总量1/1O左右,植物生理学专业知识培训,第34页,肌醇种类,肌醇分子六碳环上羟基被不一样数目标磷酸酯化(如图)，其总量约占膜磷脂总量1/10左右，其主要以三种形式存在于植物质膜中：即磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI)、磷脂酰肌醇-4-磷酸(PIP)和磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(PIP,2,),植物生理学专业知识培训,第35页,以肌醇磷脂代谢为基础细胞信号系统，是在胞外信号被膜受体接收后，以G蛋白为中介，由质膜中磷酸脂酶C(PLC)水解PI,2,而产生肌醇-1,4,5-三磷酸(IP,3,)和二酰甘油(DAG)两种信号分子。所以，该系统又称双信号系统。在双信号系统中，IP,3,经过调整Ca,2+,浓度，而DAG则经过激活蛋白激酶C(PKC)来传递信息,IP,3,作为信号分子，在植物中它主要作用靶为液泡。IP,3,作用于液泡膜上受体后，可影响液泡膜形成离子通道，使Ca,2+,从液泡贮钙体中释放出来，引发胞内Ca,2+,浓度升高，开启胞内Ca,2+,信号系统来调整和控制一系列生理反应；DAG受体是蛋白激酶。,植物生理学专业知识培训,第36页,肌醇磷酸代谢循环过程,三磷酸肌醇和二酰甘油寿命都很短。前者被水解生成肌醇，后者被磷酸化生成磷脂酸，经过磷脂酰肌醇循环，使二磷酸磷脂酰肌醇得以再生,植物生理学专业知识培训,第37页,植物细胞肌醇磷脂信使系统作用模式,植物细胞感受外界刺激信号后，经过信号跨膜转换，激活质膜内侧锚定PLC，活化PLC水解质膜上PIP,2,产生两种第二信使DAG和IP,3,，从而开启IP3Ca,2+,和DAGPKC双信使路径。,首先，产生IP3能够经过激活细胞内钙库（液泡等）上IP,3,受体（IP,3,敏感钙通道），促使Ca,2+,从液泡中释放出来，引发胞内游离Ca,2+,浓度升高，实现肌醇磷脂信使系统与钙信使系统之间交联，经过胞内Ca,2+,信使系统调整和控制对应生理反应,在有DAG、Ca,2+,时，磷脂与PKC分子相结合，PKC激活，使一些酶类磷酸化，造成细胞反应；当胞外刺激信号消失后，DAG首先从复合物上解离下来，而使酶钝化，与DAG解离后PKC能够继续存在于膜上或进入细胞质里备用,植物生理学专业知识培训,第38页,3.环核苷酸信号系统,环核苷酸是在活细胞内最早发觉第二信使，包含cAMP和cGMP，其分别由ATP经腺苷酸环化酶、GTP经鸟苷酸环化酶产生而来,植物生理学专业知识培训,第39页,环核苷酸作用模式,动物细胞中，外界刺激信号激活质膜上受体经过G蛋白介导促进或抑制膜内侧腺苷酸环化酶，从而调整胞质内cAMP水平，cAMP作为第二信使激活cAMP依赖蛋白激酶（PKA）,PKA被激活后其催化亚基和调整亚基相互分离，其中催化亚基能够引发对应酶或蛋白质磷酸化，引发对应细胞反应，或者催化亚基直接进入细胞核催化cAMP应答元件结合蛋白（cAMP）磷酸化，被磷酸化CREB激活核基因序列中转录调整因子cAMP应答元件，造成被诱导基因表示,植物生理学专业知识培训,第40页,在关于植物中cAMP生理功效研究中，有报道cAMP可能参加了叶片气孔关闭信号转导过程，而且在ABA和Ca,2+,抑制气孔开放及质膜内向K,+,通道活性过程中有cAMP参加；花粉管伸长生长也受cAMP调控；腺苷酸环化酶可能参加了花粉与柱头间不亲和性表现；以及根际微生物因子作用于根毛细胞后能够造成cAMP浓度升高等,1944年Bowler和蔡南海等研究完整叶绿体中各种光系统色素蛋白质及酶基因表示所必需光信号传递过程结果表明Ca,2+,-CaM及cGMP两个信号系统在合成完整成熟叶绿体中协同作用。说明植物细胞中cAMP、cGMP作为植物细胞信号转导过程中调整因子，可能主要是经过与其它信使交互作用而表现其生理调整功效,植物生理学专业知识培训,第41页,蛋白质可逆磷酸化,蛋白质可逆磷酸化是细胞信号传递过程中几乎全部信号传递路径共同步骤，也是中心步骤,胞内第二信使产生后，其下游靶分子细胞内蛋白激酶和磷蛋白磷酸酶，激活蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化对应蛋白磷酸化或脱磷酸化，从而调控细胞内酶、离子通道、转录因子等活性,cAMP能够经过PKA作用使下游蛋白质磷酸化，Ca,2+,能够经过与钙调素结合作用于CaCaM依赖蛋白激酶使蛋白质磷酸化，或直接作用于CDPK使蛋白质磷酸化等，促分裂原活化蛋白激酶信号转导级联反应路径，由MAPK，MAPKK，MAPKKK三个激酶组成一系列蛋白质磷酸化反应,植物生理学专业知识培训,第42页,蛋白质磷酸化和脱磷酸化在细胞信号转导过程中含有级联放大信号作用，如图所表示，外界微弱信号能够经过受体激活G蛋白、产生第二信使、激活对应蛋白激酶和促使底物蛋白磷酸化等一些列反应得到级联（cascade）放大,信号级联放大反应是指：细胞内接收信号分子本身发生磷酸化，然后使其它相关蛋白质逐层发生磷酸化从而 使信号放大，最终开启响应细胞信号传导过程,植物生理学专业知识培训,第43页,分离得到几个蛋白酶和蛋白磷酸酶,（一）植物中蛋白激酶,植物中蛋白激酶也能够依据被磷酸化氨基酸种类分为SerThrTyr型,依据蛋白激酶调整物植物中蛋白激酶能够分为：钙和钙调素依赖蛋白激酶和类受体蛋白激酶,1钙和钙调素依赖蛋白激酶,CDPK（calcium dependent protein kinase）是植物中首先发觉一个钙依赖蛋白激酶，属于SerThr型蛋白激酶，是一个植物中独特蛋白激酶家族，也是当前植物细胞内信号转导路径中研究较为清楚一个蛋白激,植物生理学专业知识培训,第44页,蛋白磷酸酶研究较晚。越来越多证据表明蛋白磷酸酶在植物细胞生命活动中含有主要作用，蛋白质磷酸化几乎存在于全部信号转导路径,植物细胞中约有30%蛋白质是磷酸化，真核生物有近个蛋白激酶基因和1000个蛋白磷酸酶基因，约占基因组3%。拟南芥中当前估算约有1000个基因编码激酶，300个基因编码蛋白磷酸酶，约占其基因组5%,在单子叶植物玉米和双子叶植物矮牵牛、拟南芥、油菜、苜蓿、豌豆也已克隆到蛋白磷酸酶基因，并在各种植物中发觉其活性并可能参加植物一些主要功效。已经有初步工作表明蛋白磷酸酶参加了ABA、病原、胁迫及发育信号转导路径,植物生理学专业知识培训,第45页,反应,反应是细胞信号转导最终一步，全部外界刺激都能引发对应细胞反应,不一样外界信号细胞生理反应也不一样，有些外界刺激能够引发细胞跨膜离子流动，有些刺激引发细胞骨架改变，还有些刺激引发细胞内代谢路径调控或细胞内对应基因表示,整合全部细胞生理反应最终表现为植物体生理反应,植物生理学专业知识培训,第46页,反应分类,依据植物感受刺激到表现出对应生理反应时间，植物生理反应可分为长久生理效应和短期生理效应,如植物气孔反应、含羞草感振反应、转板藻叶绿体运动、棚田效应等这些反应通常属于短期生理效应,对于植物生长发育调控信号转导来说，绝大部分都属于长久生理效应，如光对植物种子萌发调控、春花作用和光周期效应对植物开花调控等,植物生理学专业知识培训,第47页,信号转导网络,因为植物生存环境因子非常复杂，在植物生长发育某一个阶段，经常是各种刺激同时作用，此时植物体所表现生理反应就不但仅是各种刺激所产生对应生理反应简单叠加，因为细胞内各个信号转导路径之间存在相互作用，又称信号系统之间“交谈”（cross talk）,形成了细胞内信号转导网络，此时植物体经过整合感受这些不一样外界刺激信号后，最终表现出植物体适应外界环境最正确生理反应,植物生理学专业知识培训,第48页,整个植物细胞信号转导路径能够简单用下列图来概括。假如把受体比喻为“检测器”话，负责信号接收和检出；那么G蛋白就相当于“转换器”，控制信号时间和空间，既决定了GTP水解速度，还决定了效应物被激活时间，不但使输入信号被放大了，同时起到了信号计时器作用；而G蛋白下游磷脂酶C（PLC）或腺苷酸环化酶（AC）相当于效应器，使信号产生最终效果；至于蛋白激酶和蛋白磷酸酶则相当于调谐器，修饰信号转导通路中组员活性状态,植物生理学专业知识培训,第49页,Thanks,植物生理学专业知识培训,第50页,CDPK活性受Ca,2+,调整，不需要CaM参加而直接收Ca,2+,激活，原因在于CDPK中含有与CaM相同调整结构域，当钙离子信号产生后，Ca,2,无须与CaM结合，而直接与CDPK上类似于钙调素结构域结合，解除了CDPK本身抑制，从而造成CDPK被激活，激活CDPK能够磷酸化其靶酶或靶分子，产生对应生理反应,南芥基因组分析表明，在高等植物中最少存在40种以上CDPK，有报道环境刺激可诱导一些CDPK表示、CDPK对植物细胞质膜K+通道活性含有调整作用。,另外植物中也发觉了Ca,2+,/CaM依赖蛋白激酶和有丝分裂原蛋白激酶（MAPKs）存在，对于他们在植物细胞信号转导中作用也有部分研究报道，植物中MAPK参加了许多信号转导路径包含激素，冷、干旱、盐等胁迫反应，病原体侵染，机械刺激损伤反应及细胞周期调控,植物生理学专业知识培训,第51页,2类受体蛋白激酶,类受体蛋白激酶最早发觉在动物中，位于细胞膜上，能够感受外界刺激,并参加胞内信号转导过程。它由胞外配体结合区(extracellular ligand-binding domain)、跨膜区(transmembrane domain)和胞质激酶区(cytosolic kinase domain)3 个结构域组成。胞外配体结合区功效是识别配体感受外界信号，跨膜区则将被胞外配体识别信号传递给胞质激酶区，而胞质激酶区能够经过磷酸化作用将信号传递给下一级信号传递体,当前已在各种高等植物中分离出一系列受体蛋白激酶基因，如从拟南芥植株分离到一个类似受体蛋白激酶基因,RPK,1，该基因编码氨基酸序列包含蛋白激酶中11 个保守亚区，属丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶类型，具备胞外配体结合区、跨膜区和胞质激酶区等全部受体蛋白激酶特征区,植物生理学专业知识培训,第52页,（二）植物中蛋白磷酸酶,蛋白磷酸酶（protein phosphotase，PP）与蛋白激酶在细胞信号转导中作用相反,主要功效是使磷酸化蛋白质去磷酸化，当糖原磷酸化酶在蛋白激酶作用下磷酸化而被“激活”时，则在蛋白磷酸酶作用下脱磷酸化而“失活”，所以有些人把蛋白激酶和蛋白磷酸酶对生物体内蛋白质磷酸化和脱磷酸化作用称为生物体内“阴阳反应”,正是这种相互对立反应系统，才使得生物体内酶、离子通道等成份，在接收上游传递来信号时经过蛋白激酶适时激活，一旦完成信号接收或传递后及时失活，不至于造成生物体内出现连续性激活或失活现象,植物生理学专业知识培训,第53页,