植物编程性细胞死亡的研究

1. 植物编程性细胞死亡的研究 姓名：于维华

2. 植物编程性细胞死亡的研究 PCD的概念 研究进程 研究方法 研究意义

3. 1.PCD的概念 植物编程性细胞死亡或细胞程序化死亡（Programmed Cell death， PCD）的研究早在80年代就开始了，但当时没有和此概念联系起来。1965年Lockshio首次提出PCD是多细胞动物组织中细胞对特定生理性刺激产生反应的死亡方式。972年，Kerr提出了细胞凋亡（Apoptosis）的概念。由于PCD和凋亡时细胞表现相同的形态特征，因此人们认为细胞凋亡就是PCD。其实凋亡是PCD过程中伴随着出现的特定的形态、生化特征，也有一些细胞在PCD过程中并不表现凋亡的特征。可见，凋亡是PCD在形态学上的表现，两者不完全等同。

4. 细胞编程性死亡（PCD）与坏死（necrosis）比较

6. 细胞核凝聚成 块状、 马蹄状，凋亡小体以 出芽形式使细胞外观 呈葡萄状改变

7. 表二 植物细胞与动物细胞的编程死亡比较

8. 通过秀丽隐杆线虫的研究发现，其细胞凋亡明显划分为四个阶段：（1）细胞命运的选择阶段即细胞死亡的决定阶段；（2）细胞死亡的执行阶段；（3）死亡细胞被吞噬阶段和（4）死亡细胞的降解清除阶段。植物细胞凋亡也可能存在类似的上述四个阶段，但这四个阶段分别由哪些基因共同执行有待进一步深入研究。

10. 2.研究进展 • 动物中PCD的研究较早，其发生机理和生化特征都已清楚，目前在免疫学、胚胎学及医学方面已取得了许多成果。通过改变PCD中起作用的基因的活性，可以调节致病细胞的死亡，这对治疗疾病将有重大意义。动物学中取得的成绩促使人们将目光转向了植物。人们发现在植物的生长过程中也普遍存在着PCD这种现象。如导管分子的形成过程；胚胎发育中珠心细胞的衰退过程；果实及种子成熟时叶片及植物的老化死亡等。

11. 在植物细胞学研究中，尤瑞麟首次报道了正常小麦珠心细胞衰退过程的超微结构变化，并引入了PCD的概念。随后Eleftherion研究了小麦原生韧皮部细胞核解体过程中的超微结构变化，但没有提及PCD。王雅清、崔克明用原位末端标记法检测了杜仲次生木质部导管分子的PCD，并对其过程中的超微结构变化进行了系统的电子显微观察。有资料表明，植物体内导管分子的发育形成过程也是典型的PCD反应。在植物细胞学研究中，尤瑞麟首次报道了正常小麦珠心细胞衰退过程的超微结构变化，并引入了PCD的概念。随后Eleftherion研究了小麦原生韧皮部细胞核解体过程中的超微结构变化，但没有提及PCD。王雅清、崔克明用原位末端标记法检测了杜仲次生木质部导管分子的PCD，并对其过程中的超微结构变化进行了系统的电子显微观察。有资料表明，植物体内导管分子的发育形成过程也是典型的PCD反应。

12. 在生理条件下，生物体内细胞存活与死亡由植物自身发育阶段提供的遗传信息，或由临近细胞和其微环境提供的信号决定的。其中包括细胞相互接触提供的信号以及周围环境中的活性物质、激素等。Orzaez和Granell发现乙烯处理豌豆可促使其心皮衰老及DNA降解，Morgan等发现乙烯介入玉米根中缺氧和机械障碍诱导的通气组织形成过程中的细胞程序化死亡。尽管乙烯在控制植物生长发育过程中的巨大作用早为人知,但乙烯信号传导途径与细胞凋亡的关系还不清楚。在生理条件下，生物体内细胞存活与死亡由植物自身发育阶段提供的遗传信息，或由临近细胞和其微环境提供的信号决定的。其中包括细胞相互接触提供的信号以及周围环境中的活性物质、激素等。Orzaez和Granell发现乙烯处理豌豆可促使其心皮衰老及DNA降解，Morgan等发现乙烯介入玉米根中缺氧和机械障碍诱导的通气组织形成过程中的细胞程序化死亡。尽管乙烯在控制植物生长发育过程中的巨大作用早为人知,但乙烯信号传导途径与细胞凋亡的关系还不清楚。

13. Ca2+促进乙烯产生，已知在动物PCD过程中，Ca2+具有启动作用。Roberts和Haigler采用CTC荧光染色技术，发现Ca2+吸收的改变往往伴随着导管分子分化的启动。尽管植物细胞PCD的诱导信号和机理目前仍不清楚，但许多实验证据表明Ca2+在该过程中起着重要作用。Raz和Fluhr研究发现，Ca2+参与了乙烯诱导的植物细胞PCD过程；He等人在研究玉米根细胞的PCD中进一步证实了该结果。Ca2+的升高，还能直接激活依赖钙的核酸内切酶，使之作用于DNA，产生DNA降解。Ca2+促进乙烯产生，已知在动物PCD过程中，Ca2+具有启动作用。Roberts和Haigler采用CTC荧光染色技术，发现Ca2+吸收的改变往往伴随着导管分子分化的启动。尽管植物细胞PCD的诱导信号和机理目前仍不清楚，但许多实验证据表明Ca2+在该过程中起着重要作用。Raz和Fluhr研究发现，Ca2+参与了乙烯诱导的植物细胞PCD过程；He等人在研究玉米根细胞的PCD中进一步证实了该结果。Ca2+的升高，还能直接激活依赖钙的核酸内切酶，使之作用于DNA，产生DNA降解。

14. 虽然PCD参与植物发育的许多过程，但植物体中发生PCD的细胞比率小，相对过程短，不利于PCD的检测和机制的深入研究，因此进展缓慢。许多实验表明，植物细胞PCD可以被一定的外界条件诱导产生。Wang等用真菌毒素三羧酸丙烯酸单酯(AAL)诱导番茄原生质体及小叶凋亡,观察到典型的DNA梯状条带和类似PCD小体的结构。周军等研究表明,在适当浓度的乙烯利处理下,胡萝卜原生质体产生了典型的凋亡特征,包括ＤＮＡ梯状条带,核ＤＮＡ的断裂,以及类凋亡小体的形成等,因而可以确定,乙烯能诱导胡萝卜原生质体凋亡。另外的研究 也表明,乙烯能在不同类型的植物中(豌豆、玉米和胡萝卜)诱导细胞凋亡。

15. 植物细胞中与PCD有关的基因研究还远没有动物深入，尽管许多实验表明植物PCD与动物是相似的，但分子水平共同特征少。目前仅发现少数几个基因参与植物PCD。植物细胞中与PCD有关的基因研究还远没有动物深入，尽管许多实验表明植物PCD与动物是相似的，但分子水平共同特征少。目前仅发现少数几个基因参与植物PCD。 • 在植物PCD方面已开展了不少研究，但目前的工作远没有弄清楚植物PCD较详细的细胞学特征,而与其相关的分子机制信息则更缺乏,这方面的工作将是今后的主攻方向。

16. 3.研究方法 • PCD的研究方法很多，目前主要采用的有形态学观察法、电泳法、末端标记法以及流式细胞光度术等。

17. 3.1形态学观察法包括透射电镜观察超薄切片和石蜡切片染色法。电镜下可看到细胞核趋边化、凝集化，染色质趋边化区域的双层核膜界限模糊；正常细胞的核物质呈均匀分布3.1形态学观察法包括透射电镜观察超薄切片和石蜡切片染色法。电镜下可看到细胞核趋边化、凝集化，染色质趋边化区域的双层核膜界限模糊；正常细胞的核物质呈均匀分布

18. 3.2 PCD发生时，核酸内切酶失活，导致DNA非随机性断裂成180—200bp的片段，因此可用电泳来检测PCD的发生，包括琼脂糖凝胶电泳和中性法彗星电泳。图示为正常细胞和凋亡细胞的彗星电泳情况，可观测到PCD的彗星状核DNA迁移。

19. 3.3末端标记有简易末端标记、5/末端32P标记和原位末端标记。原位末端标记法是检测PCD的一种特异且灵敏的方法。图示为原位末端标记的DNA断点部位出现的黄褐色沉淀3.3末端标记有简易末端标记、5/末端32P标记和原位末端标记。原位末端标记法是检测PCD的一种特异且灵敏的方法。图示为原位末端标记的DNA断点部位出现的黄褐色沉淀

20. 3.4流式细胞光度计可进行植物细胞核DNA含量的测定，PCD时，DNA发生断裂，用流式细胞光度计检测，在DNA直方图上出现亚二倍体核型峰，此法操作简单，精确度高。3.4流式细胞光度计可进行植物细胞核DNA含量的测定，PCD时，DNA发生断裂，用流式细胞光度计检测，在DNA直方图上出现亚二倍体核型峰，此法操作简单，精确度高。

21. 4.研究意义 • 植物PCD是一种通过细胞的主动死亡来调节机体的生理活动。细胞死亡后被其它细胞吸收利用或构成利于自身发展的特殊结构，对植物的生长发育及新陈代谢起重要作用。皮层细胞死亡形成的通气组织；筛管细胞死后形成的输导组织；植物表面覆盖的一层死亡细胞，具有保护机体，减少水分蒸发的作用，还有器官老化后其养分的回收再利用等，这些都是细胞自身调控的结果。了解PCD发生的机制，通过调节其过程，对控制植物病害的发生，农作物品种选优、粮食生产及贮藏技术的改良将有重要意义。

22. 敬请多提宝贵意见 谢谢！