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wtmdcnwsnbb金蟲 (正式寫手)
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系統(tǒng)生物學模型在氣孔細胞調(diào)節(jié)上的應(yīng)用 已有1人參與
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氣孔在植物生理學上有重要的作用，其開關(guān)與水分和呼吸調(diào)節(jié)密不可分。氣孔廣布于植物葉片表面。一般來說，氣孔有兩個保衛(wèi)細胞(guard cell)組成，它們形成一個可以調(diào)節(jié)的孔道。當guard cell 要打開氣孔是，大量溶質(zhì)（主要是K+和Cl- 還有部分機分子如蘋果酸（malate）和蔗糖（sucrose））積累，致使細胞內(nèi)滲透壓升高，造成水分進入擴張細胞體積，從而打開氣孔。反之則使氣孔關(guān)閉。 因此調(diào)節(jié)細胞內(nèi)離子濃度的是調(diào)控氣孔的關(guān)鍵因素。 Guard cell內(nèi)離子濃度主要有質(zhì)膜和液泡膜上的離子轉(zhuǎn)運蛋白（ion transporter）調(diào)節(jié)。在過去的幾十年間里，大量的研究詳細的解釋了不同transporter的動態(tài)過程， 但是卻鮮有報道整合所有的transporter信息于一身去系統(tǒng)的研究和預測氣孔運動 近期，Chen et al 和Hills et al 報道一個guard cell數(shù)學模型軟件 （OnGuard sofeware， www.psrg.org.uk）。該軟件整合了所有質(zhì)膜和液泡膜上transporter，代謝物質(zhì) 和必要的 細胞內(nèi)自由pH（pHi）和Ca2+ （[Ca2+]i）的基本特性。 并成功的模擬了擬南芥和蠶豆氣孔細胞的調(diào)節(jié)運動。最值得注意的是，該軟件同時具有預測和解釋復雜氣孔運動的功能。近期Wang et al 報道了利用此軟件成功預測并解釋了擬南芥slac1突變體上一個奇怪的表現(xiàn)。SLAC1 是氣孔細胞質(zhì)膜上調(diào)節(jié)陰離子的通道蛋白（陰離子通道在氣孔關(guān)閉時釋放Cl- 和malate以減少體內(nèi)滲透壓）。slac1 突變體導致一個緩慢又不完全的氣孔關(guān)閉過程（Negi et al., 2008; Vahisalu et al., 2008）；同時slac1中又發(fā)現(xiàn)有大量的離子積累尤其是K+（Negi et al., 2008）。大量K+的存在意味著調(diào)節(jié)鉀離子運輸?shù)牡鞍滓彩艿接绊�。通過生理學試驗發(fā)現(xiàn)，作用于吸收K+的通道（Kin）的活性在slac1中明顯降低，并且造成氣孔緩慢的打開。因此一個有趣的問題擺在桌面上，一個影響氣孔關(guān)閉的陰離子突變體是如何影響到一個調(diào)節(jié)氣孔打開的陽離子通道的？ 通過模型預測和試驗證明，研究者發(fā)現(xiàn)，由于失去slac1活性，造成大量陰離子在體內(nèi)積累，這種積累造成了細胞內(nèi)pHi 和[Ca2+]i 的上升。pHi 和[Ca2+]i 的上升又顯著的抑制了Kin的活性造成氣孔不能快速打開。 此后，通過體內(nèi)調(diào)節(jié)pHi 和[Ca2+]i的濃度，細胞得以恢復正常。因此這篇文章通過數(shù)學模型模擬并解釋一個新奇的氣孔調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，并揭示H+-coupled陰離子轉(zhuǎn)運蛋白對體內(nèi)H+穩(wěn)態(tài)的重要性。 參考文獻： Wang Y, Papanatsiou M, Eisenach C, Karnik R, Williams M, Hills A, et al. Systems dynamic modelling of a guard cell Cl- channel mutant uncovers an emergent homeostatic network regulating stomatal transpiration. Plant Physiol 2012;160:1956-1967; Chen Z-H, Hills A, Bätz U, Amtmann A, Lew VL, Blatt MR. Systems dynamic modeling of the stomatal guard cell predicts emergent behaviors in transport, signaling, and volume control. Plant Physiol 2012; 159:1235-51; Hills A, Chen Z-H, Amtmann A, Blatt MR, Lew VL. OnGuard, a computational platform for quantitative kinetic modeling of guard cell physiology. Plant Physiol 2012; 159:1026-42 Negi J, Matsuda O, Nagasawa T, Oba Y, Takahashi H, Kawai-Yamada M, et al. CO2 regulator SLAC1 and its homologues are essential for anion homeostasis in plant cells. Nature 2008; 452:483-486; Vahisalu T, Kollist H, Wang YF, Nishimura N,Chan WY, Valerio G, et al. SLAC1 is required for plant guard cell S-type anion channel function in stomatal signalling. Nature 2008; 452:487-491; |
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非常感謝wtmdcnwsnbb提供的文章介紹 原文為 Systems Dynamic Modeling of a Guard Cell Cl2 Channel Mutant Uncovers an Emergent Homeostatic Network Regulating Stomatal Transpiration Yizhou Wang, Maria Papanatsiou, Cornelia Eisenach, Rucha Karnik, Mary Williams, Adrian Hills, Virgilio L. Lew, and Michael R. Blatt Plant Physiology, December 2012, Vol. 160, pp. 1956–1967 Systems Dynamic Modeling of a Guard Cell Cl2 Channel.pdf(1.13MB) http://kuai.xunlei.com/d/LnU4DbvWJHXQUAQA2cf?p=130497 |
2樓2012-12-18 21:52:51
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