植物中活性氧信号转导及其检测方法研究进展

第３３卷第２期２０１４年４月

电一子一显一微一学一报

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙＳｏｃｉｅｔｙ

Ｖｏｌ ３３，Ｎｏ ２２０１４?０４

文章编号：１０００?６２８１（２０１４）０２?０１８８?０９一一

植物中活性氧信号转导及其检测方法研究进展

赵晓玉，薛一娴，卢存福，林金星，万迎朗?

（北京林业大学生物科学与技术学院，北京１０００８３）

摘一要：活性氧（ＲＯＳ）作为一种重要信号分子在植物体生命活动的多方面发挥着关键作用三为对活细胞内的ＲＯＳ分子进行研究分析，人们发展出了多种检测手段三其中，荧光探针作为一种高度灵敏二直观的标记技术，在植物ＲＯＳ研究中得到广泛应用三近年来，通过蛋白质工程和基因工程技术，研究者们基于绿色荧光蛋白创造出一批新型的特异性荧光探针，为进一步探索植物体内ＲＯＳ信号途径提供更有力的工具三本文概述了植物细胞中ＲＯＳ信号转导通路，并总结针对不同ＲＯＳ组分的多种研究方法，尤其对利用荧光探针标记技术检测胞内ＲＯＳ的研究进展

进行详细介绍三

关键词：活性氧；信号传导；植物细胞；荧光标记；显微探测

中图分类号：Ｑ９４２；Ｑ９４５；Ｑ３３６一一文献标识码：Ａ一一ｄｏｉ：１０ ３９６９／ｊ．１０００?６２８１ ２０１４ ０２ ０１５

一收稿日期：２０１４－０１－１８

一基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．３１２７１４３３）；北京林业大学杰出青年人才培育计划（ＪＣ２０１３?２）；新世纪优秀人才计划（Ｎｏ．ＮＥＣＴ?１２?０７８５）．

一作者简介：赵晓玉（１９８８－），女（汉族），河南人，硕士．Ｅ?ｍａｉｌ：ｚｈａｏｘｉａｏｙｕ２７＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ

?通讯作者：万迎朗（１９７６－），男（汉族），四川人，副教授，博士研究生导师．Ｅ?ｍａｉｌ：ｙｌｗａｎ＠ｂｊｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

一一活性氧（ｒｅａｃｔｉｖｅｏｘｙｇｅｎｓｐｅｃｉｅｓ，ＲＯＳ）包括单线

态氧（１Ｏ２）二超氧阴离子（Ｏ２－四）二过氧化氢（Ｈ２Ｏ２）

和羟基自由基（ＯＨ四）等（图１）三它们主要来源于叶绿体二线粒体和过氧化物酶体等氧化代谢活动较为旺盛的细胞器，并随即被胞内抗氧化防御组分所清除［１，２］（图２）三ＲＯＳ在植物体生命活动过程中发

挥双重作用：一方面，它可以对细胞分裂二细胞程序性死亡（ＰＣＤ）二激素信号转导二生物和非生物胁迫反应等生理进程起到调节作用；另一方面，它又对多种细胞组分造成氧化损伤［１，３］三由于ＲＯＳ组分高度活跃，半衰期很短，在细胞中的产生和清除同时进

行，大量ＲＯＳ信号往往在数秒甚至数毫秒内便被传递至下游细胞器［４，５］三因此，必须通过高时空分辨率的分析手段才能精确地检测ＲＯＳ的动态变化，从而探索ＲＯＳ在信号转导和生长调控中的作用三最初对ＲＯＳ的检测多采用分光光度法二电子自旋共振捕获法等技术

［６］

三然而，这些技术均难以对ＲＯＳ分

子在活细胞内进行高时空分辨率的分析三因此，现代活细胞内荧光探针标记和显微成像技术成为应用最广泛的检测方法

［７，８］

，该技术可监测植物体内多

种不同ＲＯＳ产生和变化的实时动态信息三本文简要介绍了ＲＯＳ信号转导途径，并详细阐述了植物细胞ＲＯＳ研究方法尤其是荧光探针法检测ＲＯＳ的研

究进展

三

图１一三重态氧分子通过连续的一价还原反应形成多种ＲＯＳ分子的过程［２］三

Ｆｉｇ．１一ＧｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔＲＯＳｂｙｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ

ｕｎｉｖａｌｅｎｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｓｔａｔｅｔｒｉｐｌｅｔｏｘｙｇｅｎ［２］．

一

１一ＲＯＳ信号转导

ＲＯＳ信号与植物内稳态紧密相关，细胞内环境

的波动变化都会导致特定ＲＯＳ迅速产生，并作为细

胞第二信使通过细胞质或细胞器到细胞核的信号转导途径影响核内基因转录［９ １１］三ＮＡＤＰＨ过氧化物酶（ＲＢＯＨｓ）介导的ＲＯＳ合成反应和高浓度ＲＯＳ下的反馈抑制作用之间的平衡关系决定了ＲＯＳ信号

的强度二持续时间和定位［１２］三以有丝分裂原激活蛋

白激酶（ＭＡＰＫｓ）级联反应为例，植物中感知转导

ＲＯＳ的主要机制包括：（１）胞内某种未知的ＲＯＳ受

体蛋白和其他信号分子受体能通过激酶级联反应途