植物发育生物学1-BR signal tranduction
植物细胞的信号传导

5 two major signal transduction pathway in plant
• Cytosolic Calcium • Protein kinase /phosphorylase
细胞外 细胞膜 细胞质
环 境 刺 激
胞 间 信 号
受 体
G效
蛋应 白器
酪氨酸 蛋白激
酶
cAMP
第一节 Over view of signal transduction
1 The stream of signals is continuous and complex
2 Signal transduction network within cells, among
Cells and through the plant
接受信号主要通过蛋白受体或改变膜电位
受体位置
光反应红光受体
光敏色素组成一个蛋白质家族, 各有不同生理功能
光形态建成中信号传导效应的复杂性
第二节 植物细胞跨膜信号转导
受体(receptor):
是在效应器官细胞表面或亚细胞组分中可特异 地识别并结合信号分子—配体(ligand) ,或物理信 号(光温信号)大分子物质,多为为蛋白质。
3Finally modified gene expression
• Different signal effects Different transduction networks in different way and different place
• But finally change the gene expression pattern
Ca2+
Ca2+ 调节蛋白
植物发育生物学进展

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(小小完善版))资料

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。
植物发育生物学

细胞生物学技术在植物发育生物学中应用
细胞培养技术
通过植物组织培养和细胞培养技术,研究植物细胞的分裂 、分化和发育过程及其调控机制。
细胞成像技术
利用荧光显微镜、共聚焦显微镜等成像技术观察植物细胞 的结构、动态和互作,揭示细胞在植物发育中的功能和调 控机制。
细胞凋亡检测技术
运用TUNEL等技术检测植物发育过程中的细胞凋亡现象, 研究其在植物发育中的作用和调控机制。
幼苗在光、温度、水分等条件适宜 时,进行光合作用,合成有机物质 ,促进根系和地上部分的生长。
营养生长
植物通过根系吸收土壤中的水分和 矿质营养,以及叶片进行光合作用 ,合成有机物质,用于植物体的构 建和生长。
光、温度、水分等环境因子对生长发育影响
光的影响
光是植物进行光合作用的 能量来源,对植物的形态 建成、生理代谢以及生长 发育都有重要影响。
植物细胞在分裂后,需要合成新的细 胞壁并加厚原有的细胞壁,以维持细 胞的形态和强度。
内质网和高尔基体扩展
内质网和高尔基体等膜系统扩展,为 细胞合成和分泌蛋白质、脂质等物质 提供足够的场所。
03
植物组织器官形成与分化
愈伤组织诱导和器官发生途径
愈伤组织诱导
通过外植体培养在适宜条件下诱导产生无序生长的细胞团, 即愈伤组织。
赤霉素
促进茎的伸长、引起植 株快速生长、解除休眠 和促进花粉萌发等生理
作用。
脱落酸
抑制细胞分裂和伸长, 促进叶和果实的衰老和
脱落。
基因表达调控在器官形成中作用
转录因子调控
01
通过转录因子与特定基因启动子的相互作用,调控基因的转录
水平,从而影响器官的形成和发育。
表观遗传学调控
植物生理各章名词总结 (全).

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。
发育生物学,第一章绪论精品文档13页

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。
植物细胞信号转导

通常情况下, G蛋白以三聚体形式存在,与GDP结合, 处于钝化状态。
当信号分子与膜上的受体结合后形成激活型受体,它可 与G蛋白结合使之构型变化, G蛋白排斥GDP,结合 GTP而活化, α与βγ解离后与效应器结合,把胞外信 号转换为胞内信号;
植物细胞信号转导
植物体的新陈代谢和生长发育受遗传信息及 环境的调控。
植物如何感受环境刺激,环境刺激又如何调 控和决定植物生理活动、生长发育,植物细 胞如何综合内外因素以控制基因表达。人们 将这些过程称为细胞的信号转导(signal transduction)。
环境刺激
胞间信号 跨膜信号转换 细胞表面
第三节、胞内信号系统
胞间信号称为第一信使(初级信号) 胞内信号称为第二信使(次级信号)
胞外刺激信号激活或抑制的具有生理调节 活性的细胞内因子称为细胞信号转导过 程中的第二信使(胞内信号)
一、钙信号系统﹡
(一)衡量钙信使的标准
(1) 细胞质的Ca2+水平必须能对 来自环境与邻近细胞的刺激有所反应; 而且Ca2+水平的变化要早于该生理反应
根据作用机理,可将细胞表面受体分为3种类型: ① G蛋白偶联受体 ②酶偶联受体 ③离子通道偶联受体
第二节 信号跨膜转换
对于细胞内受体而言,信号可以进入细胞 内部与胞内的受体结合,完成信号的直 接跨膜进入。
大多数信号分子不能通过膜,信号分子通 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。
而在动物视觉系统细胞光感应中起重要作用的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PSⅠ和Cyt b6/f的合成。
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BRL1 and BRL3 are primarily expressed in vascular tissues.
Reproduced with permission from Cañ o-Delgado, A., Yin, Y., Yu, C., Vafeados, D., Mora-Garcí a, S., Cheng, J.-C., Nam, K.H., Li, J., and Chory, J. (2004). BRL1 and BRL3 are novel brassinosteroid receptors that function in vascular differentiation in Arabidopsis. Development 131: 5341-5351.
Bishop, G.J., and Koncz, C. (2002). Brassinosteroids and plant steroid hormone signaling. Plant Cell 14: S97-110.
Two additional BR receptors have restricted expression patterns
Binding of BL to BRI1 causes BKI1 to dissociate from it
No BL 5 min BL 10 min BL
Receptor (BRI1)
P P
In the absence of BL, BKI1 (labeled with YFP) is at the plasma membrane.
Nakamura, A., Fujioka, S., Sunohara, H., Kamiya, N., Hong, Z., Inukai, Y., Miura, K., Takatsuto, S., Yoshida, S., Ueguchi-Tanaka, M., Hasegawa, Y., Kitano, H., and Matsuoka, M. (2006). The role of OsBRI1 and its homologous gGenes, OsBRL1 and OsBRL3, in rice. Plant Physiol. 140: 580-590.
BRI1 signaling requires activation by a coreceptor BAK1; BAK1 is also a plasmamembrane associated kinase
Extracellular domain Cytoplasmic protein kinase domain
The BRI1 gene was identified through map-based cloning
BRI1
Reprinted from Li, J., and Chory, J. (1997). A putative leucine-rich repeat receptor kinase involved in brassinosteroid signal transduction. Cell 90: 929-938, with permission from Elsevier; Bishop, G.J., and Koncz, C. (2002). Brassinosteroids and plant steroid hormone signaling. Plant Cell 14: S97-110.
Summary – BR receptor action
Low BR
Low BR levels – receptor inactive and inhibited by BKI1
Wang, X., and Chory, J. (2006) Brassinosteroids regulate dissociation of BKI1, a negative regulator of BRI1 signaling, from the plasma membrane. Science 313:1118-1122. Reprinted with permission from AAAS
The rice BRL genes have a different expression pattern than BRI1
osbri1
osbri1
The rice OsBRI1 gene is preferentially expressed in shoots. A loss-of-function mutant shows severe dwarfing in the shoot but little change in root growth, suggesting an organ-specific role for OsBRL1 and OsBRL3.
The BRI1 receptor is a plasmamembrane localized LRR-RLK
BRI1 is a Leucine-rich repeat – receptor like kinase (LRR-RK) Leucine-rich repeat (LRR)
bri1
Trans-membrane domain Kinase Domain
bri1 loss-offunction mutant
Rescued by BRL1 or BRL3 expressed from BRI1 promoter
The BRL genes may encode receptors with cell-specific functions.
Reproduced with permission from Cañ o-Delgado, A., Yin, Y., Yu, C., Vafeados, D., Mora-Garcí a, S., Cheng, J.-C., Nam, K.H., Li, J., and Chory, J. (2004). BRL1 and BRL3 are novel brassinosteroid receptors that function in vascular differentiation in Arabidopsis. Development 131: 5341-5351.
The structure and related mutants of BRI1
By contrast, animal steroid receptors are intracellular
Steroids freely cross plasma membrane Steroid receptor
Wen-Hui Lin whlin@ 2014-09
Plant Steroid Hormones
Brassinosteroid signaling
A nice overview
?
Reprinted from Gudesblat, G.E., and Russinova, E. (2011). Plants grow on brassinosteroids. Curr. Opin. Plant Biol. 14: 530-537 with permission from Elsevier.
Graduate Level Course Plant Signal Transduction
Example for hormone signal transduction and hormonal regulating plant development: Brassinosteroids (BR)
PLANT LRR-RLKs are very abundant in plant and animal cells and bind a wide variety of signaling molecules. In plants LRR-RLKs are involved in developmental signaling and pathogen responses. ANIMAL
BRI1
BAK1
BAK1 was identified by an activation screenபைடு நூலகம்– a screen for plants that partially reverse the dwarf bri1-5 phenotype when overexpressed.
BAK1 has a cytoplasmic protein kinase domain but a smaller extracellular domain that does not bind BR.
When the receptor binds the hormone, the complex moves into nucleus, binds DNA and initiates transcription
Leucine-rich repeat receptor-like kinases (LRRRLKs) are prevalent
BRI1 signaling is negatively controlled by BKI1
Receptor (BRI1)
Low BR
Inhibitor (BKI1)
Wild-type BKI1 Arabidopsis overexpression BKI1 was identified through a search for proteins that physically interact with BRI1.
The protein encoded by BRL1 and BRL3 can function as receptors