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第 49卷 第 13期 2004 年 7月 论 文
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川百合花粉管类血影蛋白的分离鉴定及功能分析
张学琴 袁 明 王学臣*
(植物生理学与生物化学国家重点实验室, 中国农业大学生物学院, 北京 100094. * 联系人, E-mail: xcwang@public.bta.net.cn)
摘要 花粉管伸长是高等植物完成有性生殖的一个重要过程. 研究表明, 细胞骨架对花粉管的伸长有
重要的调控作用, 但是目前还不清楚细胞膜骨架是否也参与花粉管伸长的过程. 血影蛋白是膜骨架的
一个重要组分, 通过双向电泳和免疫印迹等方法证明, 川百合花粉管总蛋白在硝酸纤维素杂交膜上存
在 2个血影蛋白印迹点, 分子量分别为 150和 105 kD, 等电点分别为 4.54和 4.39. 通过提取花粉管质膜
总蛋白进行 SDS-PAGE和免疫印迹, 发现 150 kD类血影蛋白位于花粉管的质膜上; 通过活性电泳发现
105 kD类血影蛋白以 210 kD形式存在于花粉管胞质中, 且很可能是以二聚体形式存在. 通过显微注射
的方法将抗人红细胞血影蛋白的抗体注入正在生长的花粉管中, 花粉管的伸长明显受到抑制, 表明类
血影蛋白调控川百合花粉管的伸长过程.
关键词 血影蛋白 微丝 微丝结合蛋白 花粉管
植物的花粉管伸长为尖端生长(tip growth)的生
长模式 , 高等植物通过花粉管的伸长将生殖细胞送
到植物的胚囊以完成受精作用 , 因此是高等植物完
成有性生殖的一个非常重要的过程. 己有许多实验
证据表明 , 微丝骨架在花粉管伸长过程中有至关重
要的作用[1]. 微丝在花粉管中形成循环的“喷泉”结构,
花粉管中的胞质环流和物质运输主要是由微丝及其
马达蛋白所推动的. 花粉管尖端生长所需要的物质
(如合成细胞膜和细胞壁的物质)通常以囊泡的形式
经微丝系统运输到花粉管尖端部位, 并融合到花粉
的尖端 . 在花粉管的伸长过程中有许多微丝结合蛋
白(actin binding proteins, ABPs)参与. 花粉管尖端部
位的微丝骨架通常是由高度动态的微丝短片段(short
actin bundles, SABs)所组成, 这些微丝片段的动态对
于花粉管的伸长是非常重要的[2]. 而微丝结合蛋白对
花粉管伸长过程中的微丝骨架动态具有重要的作
用 [3]. 此外, 由于花粉管伸长中有运输囊泡与花粉管
尖端细胞膜融合的过程, 因此花粉管伸长还可能涉
及细胞膜骨架蛋白的作用.
血影蛋白(spectrin)是广泛存在于细胞中的一种
重要膜骨架蛋白[4]. 1968 年, 研究人员在人的红细胞
膜上发现存在一种以血影蛋白为主蛋白的膜骨架结
构[5]. 随后, 研究发现类血影蛋白存在于动物的多种
组织、细胞中[4], 并在其他生物如线虫[6]、果蝇[7]、藻
类[8]中也发现有血影蛋白的存在. 近年来, 越来越多
的研究证实在植物细胞中也存在血影蛋白的类似蛋
白——类血影蛋白(spectrin-like protein)[9~15]. 类血
影蛋白的分布位置与动物细胞类似, 红细胞中的血
影蛋白主要位于质膜上, 也有的存在于其他细胞的
细胞器如高尔基体 [16]上. Farady 等人 [11]利用两相法
(aqueous polymer two-phase partitioning)纯化水稻根
质膜, 并利用 SDS-PAGE 结合免疫印迹鉴定到 100
kD 左右的类血影蛋白, 而 Derksen[17]则用免疫荧光
法首次在烟草的花粉管中鉴定出有类血影蛋白的存
在. 李岩(Li)等人[18]利用免疫金标证实类血影蛋白存
在于百合花粉和花粉管的高尔基体上. 动物细胞中
的血影蛋白的功能已比较清楚 , 利用基因突变体实
验已证实模式材料线虫和果蝇中的血影蛋白参与组
织细胞的形态建成和胞内信号转导 [6,7], 并认为血影
蛋白是动物细胞中微丝结合蛋白的一种[19].
尽管通过免疫学方法在花粉管中已证实类血影
蛋白的存在, 但其是否在调控花粉管的伸长方面起
作用还有待证明. 本研究通过双向电泳和免疫印迹
在川百合花粉管中鉴定到两种类血影蛋白, 并利用
向正在生长的川百合花粉管中显微注射鼠抗人红细
胞血影蛋白抗体的方法, 明显抑制了花粉管伸长, 表
明川百合花粉管中的类血影蛋白在花粉管的伸长过
程中起重要作用.
1 材料与方法
(ⅰ ) 材料 . 采自兰州郊区的川百合 (Lilium
davidii Duch)花粉, 保存于-80℃低温下待用.
(ⅱ) 花粉管总蛋白的制备. 花粉萌发参考陈钟