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1、植物编程性细胞死亡的研究姓名：于维华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
2、，凋亡是PCD在形态学上的表 现，两者不完全等同。1.PCD的概念PCD necrosis概念单细 胞性、细胞质细 胞核凝 缩、核断裂、质膜出芽、凋 亡小体形成的细胞死亡非单细 胞性，具质膜丧失完整 性和电化学梯度特征，有炎性渗 出物外泄的细胞死亡 形态 结构细胞皱缩 ，胞质凝集，膜出 芽，内含胞器，膜完整性逐步 丧失。 线粒体等胞器稳定性高，染 色质在核膜下半膜状聚集凋 亡小体形成细胞肿胀 ，胞质溶解释放，膜 起泡，泡内不含胞器，膜完整性 丧失。 染色质呈絮状，无凋亡小体形成 。生理 生化核酸内切酶作用，DNA降解 成180bp片段，发生单细 胞死 亡被临近细胞或巨噬细胞吞 噬，无炎性反应，
3、有DNA梯 形成溶酶体酶作用，DNA随机断裂， 发生迟，细胞群体死亡，有炎 性渗出物，引起临近组织 炎症 反应。无DNA梯形成诱导 刺激生理性或病理性，有基因调 控病理性，不需基因调节细胞编程性死亡（PCD）与坏死（necrosis）比较细胞核凝聚成 块状、 马蹄状，凋亡小体以 出芽形式使细胞外观 呈葡萄状改变同异1.染色质凝集； 2.细胞核降解； 3.核内DNA断裂； 4.PCD过程的启动过 程都需要 有新的蛋白质合成； 5.都具有PCD的负调 控基因； 6.都利用细胞编程性死亡作为 对不良环境的反应。植物细胞编程死亡有以下特征 ： 1.细胞壁的修饰 2.Camalexin（一种植物抗菌化
4、合物） 3.系统抗病体系的活化 4.离子渗漏表二 植物细胞与动物细胞的编程死亡比较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。 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
5、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。2.研究进展 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。 在生理条件下，生物
6、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。 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
7、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 。 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
8、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,包括梯状条带,核的断裂,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。 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
9、信息则更缺乏,这方面的工 作将是今后的主攻方向。 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。3.研究方法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3.2 PCD发生时，核 酸内切酶失活，导 致DNA非随机性断 裂成180200bp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。3.3末端标
10、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3.4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。 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
11、， 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。4.研究意义敬请多提宝贵意见谢谢！yO%8nCS)crGW1gvK#5kzO&9oDS-dsHW2hwL#5lAP&9pET-dtIX2hxM!6lBQ*apFU+etJY3ixN$7mBQ(bIX3ixM!7mBQ*bqFU+fuJY3jyN$7nCR(brGV0fvKZ4jyO%8nCS)crGW1gvK#5kzO&9oDS-dsHW2hwL#6lAP&apET-dtIX2hxM!6
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