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美高梅,澳门美高梅官网生科院发现植物中首个钙波动编码器
2019-03-12

来源:生命科学学院     点击次数:      字号:【        

  钙信号在细胞中扮演第二信使的角色,参与了环境感应、生长发育、节律调控等多个重要的生理过程,维持了生命的存在。植物细胞中编码钙信号的分子组成或编码器至少被人们关注了30年,但因研究手段和思路的局限性而从未被发现。

  美高梅,澳门美高梅官网李乐攻教授课题组经过多年艰苦努力,创建了独特的植物电生理学与光遗传学结合技术平台,使探索植物钙离子信号编码器成为可能,并与加州大学伯克利分校栾升教授合作,以美高梅,澳门美高梅官网为第一完成单位在国际著名期刊Developmental Cell 上在线发表Dynamic Interactions of Plant CNGC Subunits and Calmodulins Drive Oscillatory Ca2+ Channel Activities的研究长文,报道了植物领域第一个钙离子信号编码器。 研究的具体实施者为美高梅,澳门美高梅官网博士研究生潘亚军、柴旭阳等,该文发现了花粉管特异性表达的环核苷酸通道(CNGC18/CNGC8/CNGC7)与钙调蛋白(CaM2/3)能共同构成钙波动信号编码器,具有钙依赖循环开关的波动特性, 从而维持花粉管顶端钙离子波动,以此调控花粉管顶端的极性节律生长。这一工作首次在植物学领域发现了多蛋白复合体所组成的钙浓度依赖来的分子开关,揭示了这一开关节律性地产生或编码钙波动信号、调控极性细胞节律生长的精巧分子机制。

  开花植物的成功受精和繁殖依赖于花粉管的正确延伸,花粉管顶端钙离子波动与花粉管生长密切相关,钙离子波动(Calcium oscillations)信号对于维持花粉管极性延伸和完成生命继代延续起到了十分关键的作用。十多年前虽然观察到CNGC18参与花粉发育,但如何维持花粉管顶端钙离子的此消彼长(波动),其分子机制一直悬而未决。该论文报道了CNGC8(或CNGC7)可以抑制CNGC18通道的活性,形成没有钙离子转运活性的异源四聚体, CaM2/3(Apo-CaM2/3)可以激活CNGC18-CNGC8复合体的通道活性,激活过程被胞内钙离子浓度反馈抑制。在低浓度钙离子环境时,Apo-CaM2与CNGC18-CNGC8复合物相互作用,从而激活通道,导致钙离子内流;在高浓度钙离子环境时,Calcium-bound-CaM2与CNGC18-CNGC8异源四聚体分离,从而关闭通道,并在异源细胞系统中重组了CNGC18-CNGC8-CaM2,构建了依赖于Ca2+- CaM- CNGCs形成的钙波动编码器(如图)。

 

 

  由此,钙波动编码器维持了花粉管顶端钙浓度的此消彼长(钙波动信号),对应调控了花粉管的节律延伸, 这一工作不仅揭示了花粉管延伸的精细机制,也为调节其他生理过程的钙波动编码器的探索和发现指明了方向。

 

  (供稿:潘亚军、侯聪聪)

  (值班编辑:张璐)