植物细胞程序性死亡—一个新兴的研究领域

作者:宁顺彬;王玲;等 刊名:发育与生殖生物学报:英文版 上传者:崔叙

【摘要】近年来,越来越多的证据表明,植物细胞在生理、病理或逆境条件下可发生程序性死亡(Programmed Cell Death,PCD)。本文详细描述了植物PCD的形态和生化特征、生理功能及其研究,把这些方面与动物PCD做了比较。另外,虽然植物PCD的研究尚处于起步阶段,本文还是对其可能的信号传导机制、遗传调控以及PCD的起源与进化作了探讨,并提出了植物PCD的研究战略。具体说来有以下几个方面:1、形态和生化特征。目前,植物PCD的研究主要还集中于形态和生化方面的描述。各种条件下的植物PCD在形态和生化特征上都或多或少地与动物细胞凋亡存在差异,并不符合动物细胞亡定义的全部内容。并且不同植物PCD类型相互之间也存在着较大的不同。尽管如此,动植物PCD须形态和生化方面还是存在许多相似之处。无炎症反应、DNA原特异片段化以及核酸内切酶和蛋白酶活性的升高在植物中也依然是区别PCD与细胞坏死(necrosis)的形态和生化依据。2、分子水平上,植物PCD也涉及到许多信号分子和特定基因参与调控的信号传导途径。但到目前为止,已分离的与植物PCD直接相关的基因有ACD2、Dad1等少数几个。尽管已证明一些信号分子如活性氧种类(reactive oxygen species,ROSs)、(Ca2+、植物激素等参与了植物PCD的信号传导,而对其信号传导途径及机制还一无所知。不过,迷些信号分子及几个相关基因的分离将有助于阐明植物PCD的信号传导机制。并且,从已有的证据看来,参与PCD的基因以及一些信号分子在动植物中具有相当的保守性,因此推测动植物PCD可能存在共同的基因调控规律及信号传导机制。近来,在HR以及发育过程中的PCD中检测到有类似caspase的蛋白酶的参与。这些证据表明,PCD在分子水平上具有一定的保守性,为PCD的起源与进化提供了有力的证据。3.植物PCD的生理功能也与动物的相似。在植物的生殖、发育、生长、衰老以及植物抗病、抗逆等整个生命过程中,PCD担负着与细胞增殖同等重要的生理功能。因此,无论从理论还是从实践上,植物PCD都具有重要的研究意义。4.纵观各方面的证据可以推测,PCD起源于原核生物,并随着生物的进化而进化。在生物进化树的分支上,已发现不同类型的PCD形式。结论:许多内因或外因都能打破植物的体内平衡,最终导致细胞分化、增殖、静止或死亡。纵观各种生、病理及逆境胁迫下的植物PCD可以看出,虽然它们之间有着较大的不同,并且都与动物细胞凋亡存在较大的差异,那些共同的形态和生化特征应该便可以做为PCD的定义内容。

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