通道介导的Ca、K内流在结瘤因子诱导的苜蓿根毛变形信号转导过程中的作用

摘要

在豆科植物根瘤形成过程中,根瘤菌主要是通过根毛进行侵染,而根瘤菌分泌的结瘤因子作为重要的信号分子是根瘤形成所必需的.结瘤因子作用于豆科植物根毛细胞后迅速引起后者在生理、生化和形态上的一些变化,包括根毛细胞膜去极化、胞质中Ca<'2+>浓度增加及振荡变化、胞质碱化和根毛变形等.许多先前的研究结果表明,与结瘤因子作用相关的Ca<'2+>、K<'+>等离子的跨根毛细胞质膜的流动及其调控可能在结瘤因子作用于根毛的早期信号转导过程中起重要作用.但迄今尚无直接的实验证明证明Ca<'2+>、K<'+>参与这一过程的机制为何.该论文工作假设,结瘤因子可能通过直接或间接地调控根毛细胞质膜上Ca<'2+>、K<'+>离子通道而调节Ca<'2+>、K<'+>的跨膜流动,结果导致根毛胞质Ca<'2+>、K<'+>水平发生变化、最终引起根毛变形等.围绕这一科学命题,该论文工作以苜蓿(Medicago sativa)和苜蓿根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)为实验材料,以根结瘤、根毛变形和Ca<'2+>、K<'+>通道活性为观测指标,系统地探讨了Ca<'2+>、K<'+>在根毛变形中的作用和结瘤因子对Ca<'2+>、K<'+>通道活性的调控,综合分析了跨根毛质膜Ca<'2+>、K<'+>流动及其变化与根毛变形早期信号转导过程的可能关系等.结合分析实验结果表明,Ca<'2+>和K<'+>是结瘤因子引起根毛变形早期信号转导过程所必需的因子,根毛细胞外环境中的Ca<'2+>和K<'+>通过根毛质膜上相应通道的内流参与了根毛变形及根毛结瘤的早期信号转导过程.结瘤因子可能间接或直接地首先影响根毛细胞由内向Ca<'2+>通道介导的Ca<'2+>内流,Ca<'2+>内流变化所导致的胞质Ca<'2+>变化进一步调控内向K<'+>电流或其它功能蛋白与信号分子的活性而影响根毛细胞的一系列生理生化过程.论文最后讨论了结瘤因子通过对根毛细胞Ca<'2+>、K<'+>跨膜运输的调节而诱导根毛变形的早期信号转导作用模式.

目录

英文缩写表

第一章文献综述

1.豆科植物和根瘤菌互作过程中早期信号的识别

1.1豆科植物分泌的类黄酮和凝集素在信号识别中的作用

1.2根瘤菌分泌的结瘤因子(NFs)在信号识别中的作用

1.3根瘤菌和豆科植物信号识别过程

2.结瘤因子诱导的根毛细胞早期活动

2.1结瘤因子诱导的根毛跨膜Ca2+电流变化和与Ca2+相关信号活动

2.2结瘤因子诱导的根毛细胞其他离子跨膜的流动

2.3参与结瘤信号转导的细胞骨架及其功能

2.4早期结瘤素基因

3.Ca2+对根毛生长的调控作用

3.1 Ca2+信号

3.2 Ca2+与根毛生长

3.3胞外Ca2+内流途径—质膜Ca2+通透性通道

4.K+对结瘤因子诱导的根毛生长变化的影响

5.本研究拟解决的问题和意义

第二章用HPLC的方法提取结瘤因子的研究

1.引言

2.材料和方法

2.1材料来源

2.2苜蓿中华根瘤菌的培养

2.3生长曲线测定

2.4结瘤因子分离和纯化

2.5根毛变形实验

3.实验结果与分析

3.1苜蓿中华根瘤菌生长曲线

3.2 HPLC纯化结果分析

3.3 HPLC纯化的结瘤因子活性检测

4.讨论

4.1野生型菌株Sm 83060和转基因菌株Sm 1021色谱图比较

4.2转基因菌株Sm 1021的结瘤因子活性检测

第三章 结瘤因子激活苜蓿根毛质膜Ca2+通道研究

1.引言

2.材料和方法

2.1药品

2.2苜蓿中华根瘤菌的培养和结瘤因子的提取

2.3植物材料培养

2.4苜蓿根结瘤与Ca2+关系实验

2.5苜蓿根毛变形与Ca2+关系实验

2.6根毛原生质体的制备

2.7全细胞和单通道膜片钳记录方法

2.8全细胞和单通道数据采集和分析

3.结果与分析

3.1 Ca2+对苜蓿根结瘤的影响

3.2 Ca2+与苜蓿根毛变形实验

3.3苜蓿根毛原生质体

3.4苜蓿根毛细胞质膜Ca2+通透性通道的鉴定和特性分析

3.5结瘤因子对苜蓿根毛质膜Ca2+通道的激活作用

4.讨论

第四章结瘤因子抑制苜蓿根毛质膜 K+通道研究

1.引言

2.材料和方法

2.1药品

2.2苜蓿中华根瘤菌的培养和结瘤因子的提取

2.3植物材料培养

2.4苜蓿根结瘤与 K+关系实验

2.5苜蓿根毛变形与K+关系实验

2.6根毛原生质体的制备

2.7全细胞和单通道膜片钳记录方法

2.8全细胞和单通道数据采集和分析

3.结果与分析

3.1 K+对苜蓿根结瘤的影响

3.2 K+与苜蓿根毛变形实验

3.3苜蓿根毛原生质体

3.4苜蓿根毛质膜K+通道鉴定和特性分析

3.5结瘤因子对苜蓿根毛原生质体质膜内向 K+通道的影响

3.6胞内外Ca2+对苜蓿根毛原生质体质膜内向 K+通道的影响

4.讨论

4.1 K+在苜蓿根的结瘤实验和根毛变形实验中的作用

4.2苜蓿根毛质膜上内向 K+通道特性鉴定及结瘤因子的影响

4.3 Ca2+对K+在苜蓿根毛变形中作用和质膜上内向 K+通道的影响

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢