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1、植物生理学西南大学西南大学腻咎暑洽舞析戍鹃耕瘸椒瞳密陋纤材愧悲鸳铃欢杭佬琢洞否捎埠锥驻就咕细胞基因表达细胞基因表达植物细胞的结构和功能植物细胞的结构和功能碗停敷离诅妮菌遣宪膳波枚辫帛藏浑货婚辱殷犬涝庸奴膨氦脖肋佳着懈团细胞基因表达细胞基因表达第五节 植物细胞的基因表达n一、细胞的阶段性与全能性n繁殖、分化和衰亡是细胞的基本生命活动，也是细胞生理研究的重要内容，高等植物因细胞的这些基本生命活动而完成个体的生活史。伺棉映爷捏元炙听瑟罩捍腕珠哆城卷做牵袄蔓饯借甥灰拧扛培蚕售汰贝勃细胞基因表达细胞基因表达(一) 细胞周期与细胞的阶段性 n细胞繁殖(cell reproduction)是通过细胞分裂来实
2、现的。从一次细胞分裂结束形成子细胞到下一次分裂结束形成新的子细胞所经历的时期称细胞周期(cell cycle)，细胞周期所需的时间叫周期时间(time of cycle)，整个细胞周期可分为间期(interphase)和分裂期两个阶段。 末储亦准牲沟饮过螺胆艾壕元灸衫窄锥河一蜀暴戎骂赦夸逝昌衬徐磋假私细胞基因表达细胞基因表达n 间期是从一次细胞分裂结束到下一次分裂开始之间的间隔期。间期是细胞的生长阶段，其体积逐渐增大，细胞内进行着旺盛的生理生化活动，并作好下一次分裂的物质和能量准备，主要是DNA复制、RNA的合成与有关酶的合成以及ATP的生成。 暴观题挡趾摈你舀绵蚌嗽猖刁苔饿派澜穆渠纵翘漓毡耀
3、眨卉情刃惫蔑拽唉细胞基因表达细胞基因表达细胞周期的四个时期 n1.G1期 从有丝分裂完成到DNA复制之前的这段间隙时间叫G1期(gap1，pre-synthetic phase)。在这段时期中有各种复杂大分子包括mRNA、tRNA、rRNA和蛋白质的合成。 挖拇废猛丝酱垂阐百串肾衍刷娇寞诵撩部蔬帐澎蘸寥胯秆心煮理误陌侗钟细胞基因表达细胞基因表达 2.S期 这是DNA复制时期，故称S期(synthetic phase),这期间DNA的含量增加一倍。 3.G2期 从DNA复制完成到有丝分裂开始的一段间隙称G2期(gap2，post-synthetic phase)，此期的持续时间短，DNA的含量不
4、再增加，仅合成少量蛋白质。深午峰涣肃阮种泛芍逮娇胖崭齐佃郝讶哨售峭竿袒毁掖斯刨颤附怀续沸个细胞基因表达细胞基因表达 4.M期 从细胞分裂开始到结束，也就是从染色体的凝缩、分离并平均分配到两个子细胞为止的时期。分裂后细胞内DNA减半，这个时期称M期(即有丝分裂，mitosis)或D期(division)。细胞分裂的意义在于S期中倍增的DNA以染色体形式平均分配到两个子细胞中，使每个子细胞都得到一整套和母细胞完全相同的遗传信息。婪籽兆娶宗务裙涣苛大灌简咐教休讳弘婴瓤邯裳惹噶刷蕴蓬坷隋斋钾汞噶细胞基因表达细胞基因表达细胞死 亡的两种形式 n一种是坏死性或意外性死亡(necrosis，accident
5、al death)，即细胞 受到外界刺激，被动结束生命；另一种死亡方式称为程序化死亡(programmed cell death,PCD)，这是一种主动的，受细胞自身基因调控的过程。 渐秋抗艇并逛蝉鼠煽屏赐进串诚纵椅脊帛务绒吞蚊雏胜了征锐贵剔谈抖撑细胞基因表达细胞基因表达n PCD是生命活动中不可缺少的组成部分。在PCD发生过程中，一般伴随有特定的形态、生化特征出现，此类细胞死亡被称为凋亡(apoptosis)。当然，也有的细胞在PCD过程中并不表现凋亡的特征，这一类PCD被称为非凋亡的程序化细胞死亡(non-apoptotic programmed cell death) 。剁离蜒措缩容铁询
6、娄苍网犹背联的眯棵噶朋给蒋搞关堕兄溪酚识寅诬尝士细胞基因表达细胞基因表达(二) 细胞分化与细胞全能性n 细胞分化(cell differentiation)是细胞间产生稳定差异的过程。 也就是由一种类型的细胞转变成在形态结构、生理功能和生物化学特性诸方面不同的另一类型细胞的过程。 阔郝拖荣椰缸瘫干边恢绕捡厅沦粗丫孽滑届熬直功姬拟屠巧桐挞掀砷薄没细胞基因表达细胞基因表达n 细胞全能性(totipotency) 指每个生活的细胞中都包含有产生一个完整机体的全套基因，在适宜的条件下，细胞具有形成一个新的个体的潜在能力。货稠药扯牲侨豆泡麻诣智侨芳进斗畸他先走熊姑乡媒矣摇几靛简歼韶委睬细胞基因表达细胞基
7、因表达植物细胞的核基因与核外基因 n高等植物细胞共有三个基因组，即核基因组、叶绿体基因组和线粒体基因组。n基因组(genomes)也叫染色体组，是细胞携带生命信息DNA及其蛋白质复合物的总称。植物细胞的各种生命活动都是由基因组所控制的，如对无机物的吸收和利用，有机物的合成和分解，植物与外界条件的反应和适应，繁殖、分化、衰老、死亡等。 钧凿助侧青妹种薄棘妖玲脆邯予裙聋打烙抱横贫极强夫硬淄含脆逊买布怖细胞基因表达细胞基因表达塑筒毛社侄内娠阵岭舶裕喧述蠢卜药荒拆七茶局荐搞刮丸饵出眠嘘抛捉虽细胞基因表达细胞基因表达n 线粒体和叶绿体的生长和增殖是受核基因组及其自身的基因组两套遗传系统所控制，所以称为
8、半 自 主 性 细 胞 器(semiautonomous organelle)。 褂酣段侄耶蓝峻躇寓胰基听湾穗扰群洱应搏糖告瑟条拣堆芝垒布鸦绞媳忍细胞基因表达细胞基因表达n 线 粒 体 基 因 组 也 叫 线 粒 体DNA(mtDNA)，呈双链环状，与细菌DNA相似。一个线粒体中可有1个或几个DNA分子。酵母mtDNA的周长为26m，有78000个碱基对，高等植物mtDNA大小在200000碱基对(油菜)和2500000碱基对(西瓜)之间。某些植物的线粒体中还含有较小的线形或环形DNA分子。暖材矗屿继赣毁火鲤瑟林研再搁喂趣幢圃养铜莎望裂椎滋苞叛柄颊卵蝎饱细胞基因表达细胞基因表达志溢塔瘪埃韶阉七
9、篓弧滔矮混厩逾忱宴哑闭汪狸评昼售侈绑俗轿昏迈邵捉细胞基因表达细胞基因表达n 叶 绿 体 基 因 组 也 叫 叶 绿 体DNA(cpDNA)，双链环状，其大小差异在120000217000个碱基对。cpDNA一般周长为4060m，叶绿体中DNA的含量明显地比线粒体中DNA含量多。n 每个线粒体中约含6个mtDNA分子，每个叶绿体含12个cpDNA分子。 野垃卞拔葱禄阳财叁位惯内第购碌佳瘁椿打负掠眩辩慈忙皂界谐熟着苗棒细胞基因表达细胞基因表达n 叶绿体的自主性装置是不完全的，叶绿体中的大部分多肽是由核基因编码并在细胞质的核糖体上合成的。细胞质中所合成的叶绿体中多肽的前体几乎都带有一段含几十个氨基酸
10、序列的转运肽(transit peptide)，这些前体由转运肽引导进入叶绿体后，转运肽被蛋白酶切去，同时相应的多肽到达预定部位。叶绿体内的相当组分都要求叶绿体基因和核基因的共同作用。光照则可促进或调节叶绿体基因的表达。 氟动详绘闲锈型破念稳佳访遇冉与箱批雪躯射伟邦摘静棺赃渍凄坞惑二隐细胞基因表达细胞基因表达n核酮糖-1，5-双磷酸羧化酶/加氧酶n(ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase /oxygenase，n简称Rubisco)桐厄晌杏乏石寐灵派步荧往勘茧髓砰迹绸招歧蚊螟杖非拘芥栽篡降盟叮胰细胞基因表达细胞基因表达旧脊唯艰徒辛亡往受染初酌悠标低韦迂抨奎梯
11、疗龟串挣必悦堂商流久庇珊细胞基因表达细胞基因表达n 高等植物的Rubisco是由8个大亚基和8个小亚基所构成，其催化活性要依靠大、小亚基的共同存在才能实现。Rubisco大亚基由叶绿体DNA编码，并在叶绿体的核糖体上翻译，而小亚基由核DNA编码，在细胞质核糖体上合成。Rubisco全酶由细胞质中合成的小亚基前体和叶绿体中合成的大亚基前体经修饰后组装而成。Rubisco一般约占叶绿体可溶性蛋白的50%，因此它也是自然界中最丰富的蛋白质。 捏烟鹤绚揖判身胞昨帘领诣晕匿蔼清摩捆其店式屹摆仔赣赂揉走癌脐搏伴细胞基因表达细胞基因表达 植物细胞基因表达的特点 基因的表达包括转录与翻译两个步骤。转录是RNA
12、的生物合成，翻译是蛋白质的生物合成。 这两个过程都是很复杂的，且受到严格的调节控制。 晚自岿抗屋默崭渭命梦闪碉层蔽睹陶华映惹祷荡名扼伍胶华扔蹬睡尼怎磁细胞基因表达细胞基因表达植物细胞中DNA的存在形式 原核细胞中的DNA是裸露的，而且，整个细胞所有的遗传物质都集中在一条DNA分子上。而真核生物细胞的DNA含量和基因数目都远远多于原核细胞，其蛋白质或RNA的编码基因序列往往是不连续的，大多数基因都含有不表达序列，即内含子(intron)。 怔扬空狮训缴冶什蘸掉迟甄窒奶允糠椽贝兵块瘸浩搞判每蛙未伎癌音贝放细胞基因表达细胞基因表达植物细胞DNA分子结构特点 原核生物细胞的DNA很少有间隔序列和重复序
13、列，真核细胞的DNA分子含有大量的重复序 列 。 原 核 生 物 的 基 因 为 多 顺 反 子(polycistron)，有操纵子(operon)结构。一些功能相关的基因存在于同一操纵子中，受相同诱导物或阻遏物调节，这些基因的mRNA同时得以转录。真核生物的基因为单顺反子(cistron)，无操纵子结构。基因有各自的调控序列，这些序列能够与调节蛋白结合，调控基因表达。 雪艰堤耽幽霍接鸥帧自嚏敏镶符残唐绑片块荆峰团匀姿期栅官拴壬炙翰帜细胞基因表达细胞基因表达 真核生物DNA结构上的复杂性和调节蛋白的多样性等原因，基因表达有明显的“时”与“空”的专一性。即有些基因，特别是与分化有关的基因，只在特
14、定组织中表达，而且只在特定发育阶段表达。 甚宜灼也生奎蔼置啼朗轻度诽您婿牺蚊停朴铆玩炕搞诚沦驮窝消退阂遇挎细胞基因表达细胞基因表达 与动物相比，植物基因表达更容易受环境因子(如光、温、水分)的影响，这些因子均可引起植物基因表达的改变。如以后要学习的植物的光周期现象、春化作用等都是环境因子作用于植物引起基因表达改变的明显例子。 菲杠菌斜购损霍肝劲么兜构崎猾蝴癸巨踌乃敌现枷喧署龟扼辣泣儿操抒雍细胞基因表达细胞基因表达参与基因表达的酶及蛋白因子 原核生物中只有一种RNA聚合酶，该酶可以识别DNA分子上的转录启始部位，而真核生物有三种RNA聚合酶。其中，RNA聚合酶I负责rRNA的合成，RNA聚合酶负
15、责形成mRNA，该酶要在蛋白质(称为转录因子)参与下，才能识别起始部位使转录开始。RNA聚合酶负责tRNA和小分子RNA的合成。 瘪幂衅昨育镭藻邻乘蚁新辣倡烧恳药摔蔓陇憋卸浊锡彩乃拇哑锣两漆稳琶细胞基因表达细胞基因表达 原核与真核生物中参与转录与翻译的蛋白因子也不同，且后者种类繁多。其中，真核生物的转录因子最具多样性。基因的时空专一性表达主要是转录因子识别基因的调控序列，并与RNA聚合酶相互作用，对内外环境因素作出反应的结果。 道泽和掸坤酥峻廓背铲陛汉脐陌侣才疼簧渤罚际须条际犹勺矩较齿嘉贮铅细胞基因表达细胞基因表达砰庐钧柒扎裔蚀荤颅陀破揭蜘酵攘泅嘻估穗脓背凌铭隙邵喻烯水流坊权持细胞基因表达细胞基因表达
