拟南芥感受机械压力的分子机理研究a
植物的整个生长过程都与机械压力息息相关，如种子突破种皮，幼苗穿出土壤，根穿过多种障碍汲取养分，地上部分在生长环境中受到触碰挤压等等。植物扎根土地，无法自由移动，为适应环境，它们对生存环境的机械压力具有一定的响应与自身调控能力。研究植物对机械压力的响应与调控机理，能够有效帮助植物更好的适应环境而生长。目前，多项研究表明，MLO基因不仅与植物抗病有关，也在拟南芥感应机械压力调控过程中具有潜在作用。该基因调控拟南芥根的生长形态、植物抗病、植物衰老、细胞凋亡等方面，表明该基因在植物中发挥着重要作用。研究MLO基因在植物感应压力方面的调控，有利于加深对植物感受外界压力机制的了解，对此加以利用，从而帮助植物适应外界机械压力胁迫。
目录
摘要 1
关键词 1
ABSTRACT 1
KEY WORDS 1
引言 2
1 材料与方法 4
1. 1 实验材料 4
1. 2 实验方法 4
1. 2. 1 拟南芥幼苗培养 4
1．2．2 入门载体构建 4
1．2．3 植物组织的RNA提取及反转录 6
1．2．4 定量PCR (Realtime PCR) 7
2 结果与分析 7
2．1 机械压力对拟南芥成株的影响 7
2．1．1 机械压力处理对拟南芥莲座叶形态的影响 7
2．1．2 机械压力处理对拟南芥抽薹状况的影响 8
2．2 TCH基因在MLO突变体当中转录水平的变化 10
2．3 根穿透实验 10
3 讨论 11
3．1 MLO基因家族成员的功能差异性 11
3．2 钙离子与MLO基因在机械压力响应中的相互作用 11
3．3 MLO蛋白感受机械压力并调控细胞壁的可能作用 12
致谢 12
参考文献： 12
拟南芥感受机械压力的分子机理研究
引言
引言
一、植物对机械压力刺激的感应
多种多样的自然现象表明，植物与地球上的其他生命一样，是可以感受到外界机械刺激的，甚至一些
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
植物还会做出明显的“动作”来响应这些外界刺激。例如，捕蝇草的感觉毛可以感受外界刺激而闭合成笼，从而捕捉昆虫；含羞草在感受到机械触碰时会卷起叶子等等。植物对外界压力的响应是植物适应环境的表现，有利于植物自我保护同时又更好的适应环境而生存。
植物究竟如何感受外界压力并通过何种途径做出反应，该机制尚不十分清楚。大量的实验证明，当植物感受到机械压力时，体内Ca2+浓度会明显升高。如，在捕蝇草的研究中，发现机械触碰会使植物细胞产生动作电位，Ca2+会参与去极化过程。机械刺激导致植物体内产生Ca2+信号是一种在植物中普遍存在的现象，但该反应机制的完整过程尚不十分明确。
除此之外，拟南芥TCH基因是与拟南芥感受机械压力刺激关系密切的基因。当拟南芥受到压力刺激时，TCH基因的转录水平升高，且该过程并不受其他环境因素显著调控。同时实验发现，植物受机械刺激后Ca2+增加，而TCH基因可以编码与Ca2+结合的蛋白。因此该基因的转录水平是衡量植物响应机械压力刺激的重要参照。
二、MLO 基因在植物响应机械压力中的潜在作用
1.MLO 基因概况
MLO 基因最早发现于大麦，大麦的MLO 基因隐性突变体对各种白粉病病原菌具有持久的、广泛的抗性，因此该位点被用来研究在抗病机制中的调控过程并应用于育种。MLO 基因编码一个60kDa的跨膜蛋白，研究表明MLO通过七个跨膜螺旋定位在细胞质膜上，其N端在细胞外[1]，C端长尾存在于细胞质中。这个结构也很容易让人联想到G蛋白偶联受体（Gprotein coupled receptor，GPCR） [2]。
一些人类细胞和真菌在机械传感中，细胞表面的七次跨膜G蛋白偶联受体会激活磷酸酯酶C，短时间内使细胞质中钙含量迅速增加[3,4]。已知的拟南芥编码的七次跨膜蛋白中，最大的蛋白家族包括15个成员，即为Mildew Resistance Locus O 家族(MLO) [5]。
A. B.
图1.MLO蛋白和G蛋白偶联受体的结构示意图
MLO蛋白［6］ B) G蛋白偶联受体结构及分类［7］
2、MLO 基因在根穿透过程中对根形态的调控
mlo突变体在根穿透生长试验中，根形态明显异常。与野生型及其他具有根形态改变的突变体相比，mlo4和mlo11的根形态变化在表型上最为明显且具有特异性［8］。野生型拟南芥为直根带有轻微波浪的形态[9]，而mlo4突变体和mlo11突变体的根弯曲度显著增大，形成紧密螺旋状的根。但这一卷根现象并不自发，根需要机械压力刺激，如培养基中放入玻璃板，当根生长触碰到玻璃板时出现卷根现象［5］。
除此之外，mlo4突变体和mlo11突变体幼苗根的波长缩短，这使得根的生长轨迹也随之变短（mlo4），并且会在根上随机形成环状形态（mlo4和mlo11）。同样条件下野生型拟南芥的根生长表现出右手螺旋形态(从上往下看是向左旋转的)[10]，mlo4突变体的根螺旋性则低于野生型，而是主要表现出波浪性的生长形态［5］。
A. B.
图2. 拟南芥根形态的表型实验
A)野生型幼苗 B) mlo突变体幼苗［5］
3、MLO 基因对植物白粉病病原菌抗侵染过程的调控
植物MLO基因对多种白粉病病原菌具有抗侵染的调控作用，主要表现两方面：早期表达为病原菌侵染率下降、晚期表达为叶肉细胞死亡。这两方面表现均为自发性，即使无菌环境下在mlo突变体中也会发生[11]。病原菌对野生型植株的侵染率为（50–70%），而mlo型抗侵染植株的侵染率低于1%，该过程在病原菌侵染阶段即有表现，当病原菌侵染时，植物细胞壁局部沉积，形成小脓包突起[11,12]。
实验表明，MLO基因调控细胞死亡的过程不只对白粉病病菌有响应，对多种胁迫均有响应，如：稻瘟病病原菌、除草剂百草枯以及侵染过后出现的伤口等等[12]。并且mlo突变体与野生型植物同时衰老，但mlo突变体比野生型植物衰老迅速，这说明MLO 基因在调控与衰老有关的细胞死亡中发挥作用。
目录
摘要 1
关键词 1
ABSTRACT 1
KEY WORDS 1
引言 2
1 材料与方法 4
1. 1 实验材料 4
1. 2 实验方法 4
1. 2. 1 拟南芥幼苗培养 4
1．2．2 入门载体构建 4
1．2．3 植物组织的RNA提取及反转录 6
1．2．4 定量PCR (Realtime PCR) 7
2 结果与分析 7
2．1 机械压力对拟南芥成株的影响 7
2．1．1 机械压力处理对拟南芥莲座叶形态的影响 7
2．1．2 机械压力处理对拟南芥抽薹状况的影响 8
2．2 TCH基因在MLO突变体当中转录水平的变化 10
2．3 根穿透实验 10
3 讨论 11
3．1 MLO基因家族成员的功能差异性 11
3．2 钙离子与MLO基因在机械压力响应中的相互作用 11
3．3 MLO蛋白感受机械压力并调控细胞壁的可能作用 12
致谢 12
参考文献： 12
拟南芥感受机械压力的分子机理研究
引言
引言
一、植物对机械压力刺激的感应
多种多样的自然现象表明，植物与地球上的其他生命一样，是可以感受到外界机械刺激的，甚至一些
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
植物还会做出明显的“动作”来响应这些外界刺激。例如，捕蝇草的感觉毛可以感受外界刺激而闭合成笼，从而捕捉昆虫；含羞草在感受到机械触碰时会卷起叶子等等。植物对外界压力的响应是植物适应环境的表现，有利于植物自我保护同时又更好的适应环境而生存。
植物究竟如何感受外界压力并通过何种途径做出反应，该机制尚不十分清楚。大量的实验证明，当植物感受到机械压力时，体内Ca2+浓度会明显升高。如，在捕蝇草的研究中，发现机械触碰会使植物细胞产生动作电位，Ca2+会参与去极化过程。机械刺激导致植物体内产生Ca2+信号是一种在植物中普遍存在的现象，但该反应机制的完整过程尚不十分明确。
除此之外，拟南芥TCH基因是与拟南芥感受机械压力刺激关系密切的基因。当拟南芥受到压力刺激时，TCH基因的转录水平升高，且该过程并不受其他环境因素显著调控。同时实验发现，植物受机械刺激后Ca2+增加，而TCH基因可以编码与Ca2+结合的蛋白。因此该基因的转录水平是衡量植物响应机械压力刺激的重要参照。
二、MLO 基因在植物响应机械压力中的潜在作用
1.MLO 基因概况
MLO 基因最早发现于大麦，大麦的MLO 基因隐性突变体对各种白粉病病原菌具有持久的、广泛的抗性，因此该位点被用来研究在抗病机制中的调控过程并应用于育种。MLO 基因编码一个60kDa的跨膜蛋白，研究表明MLO通过七个跨膜螺旋定位在细胞质膜上，其N端在细胞外[1]，C端长尾存在于细胞质中。这个结构也很容易让人联想到G蛋白偶联受体（Gprotein coupled receptor，GPCR） [2]。
一些人类细胞和真菌在机械传感中，细胞表面的七次跨膜G蛋白偶联受体会激活磷酸酯酶C，短时间内使细胞质中钙含量迅速增加[3,4]。已知的拟南芥编码的七次跨膜蛋白中，最大的蛋白家族包括15个成员，即为Mildew Resistance Locus O 家族(MLO) [5]。
A. B.
图1.MLO蛋白和G蛋白偶联受体的结构示意图
MLO蛋白［6］ B) G蛋白偶联受体结构及分类［7］
2、MLO 基因在根穿透过程中对根形态的调控
mlo突变体在根穿透生长试验中，根形态明显异常。与野生型及其他具有根形态改变的突变体相比，mlo4和mlo11的根形态变化在表型上最为明显且具有特异性［8］。野生型拟南芥为直根带有轻微波浪的形态[9]，而mlo4突变体和mlo11突变体的根弯曲度显著增大，形成紧密螺旋状的根。但这一卷根现象并不自发，根需要机械压力刺激，如培养基中放入玻璃板，当根生长触碰到玻璃板时出现卷根现象［5］。
除此之外，mlo4突变体和mlo11突变体幼苗根的波长缩短，这使得根的生长轨迹也随之变短（mlo4），并且会在根上随机形成环状形态（mlo4和mlo11）。同样条件下野生型拟南芥的根生长表现出右手螺旋形态(从上往下看是向左旋转的)[10]，mlo4突变体的根螺旋性则低于野生型，而是主要表现出波浪性的生长形态［5］。
A. B.
图2. 拟南芥根形态的表型实验
A)野生型幼苗 B) mlo突变体幼苗［5］
3、MLO 基因对植物白粉病病原菌抗侵染过程的调控
植物MLO基因对多种白粉病病原菌具有抗侵染的调控作用，主要表现两方面：早期表达为病原菌侵染率下降、晚期表达为叶肉细胞死亡。这两方面表现均为自发性，即使无菌环境下在mlo突变体中也会发生[11]。病原菌对野生型植株的侵染率为（50–70%），而mlo型抗侵染植株的侵染率低于1%，该过程在病原菌侵染阶段即有表现，当病原菌侵染时，植物细胞壁局部沉积，形成小脓包突起[11,12]。
实验表明，MLO基因调控细胞死亡的过程不只对白粉病病菌有响应，对多种胁迫均有响应，如：稻瘟病病原菌、除草剂百草枯以及侵染过后出现的伤口等等[12]。并且mlo突变体与野生型植物同时衰老，但mlo突变体比野生型植物衰老迅速，这说明MLO 基因在调控与衰老有关的细胞死亡中发挥作用。
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