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項目名稱: 植物細胞內/外鈣調素的功能及其信號轉導機理

推薦單位: 河北省

項目簡介: 本項目屬植物細胞信號轉導研究領域。動物中普遍存在多肽與蛋白類激素。但在植物中,傳統上認為不存在多肽及蛋白質類生長調節物質。而且鈣調素(Calmodulin, CaM)一直被公認為是細胞內Ca2+信使的傳感蛋白。本項目從80年代開始研究細胞外鈣調素的存在、功能與跨膜信號轉導機理,提出了"胞外鈣調素是植物生長發育中重要的廣譜性多肽/蛋白調節信號分子"的新學術觀點,這不僅是重要信號分子CaM研究方面,而且是植物生長調節物質研究方面的重要創新與突破。跨膜信號轉導機理研究對開拓花粉異三聚體G蛋白與肌醇磷脂途研究有重要意義。這些工作被評價為"河北師范大學孫大業實驗室發表了中國國內工作的首篇The Plant Cell論文"(鄧興旺,2006)"建立了非常有益的引導類似試驗的擬南芥花粉管體系,為G蛋白研究提供了很好的模式(Assmann,2002) "。 "…勢將為植物細胞生物學作出卓越貢獻,…并可能開拓一個新研究領域" (Plant Sci編委,1994)。在國際上產生較大影響。

在細胞內鈣調素研究方面,首次提出了一條較完整的熱激信號轉導鈣-鈣調素途徑,是一項原創性研究成果。它不僅對了解CaM的功能及熱激反應的調節具有重要意義,而且對證實植物中存在肌醇磷脂信號轉導途徑的研究也十分重要。相關工作被評價為"首次提出了Ca2+和CaM涉及植物細胞的熱激信號轉導這一非常重要的觀點。…對那些正試圖提高植物的抗逆性的研究者以及那些正在通過傳統育種或生物技術方法培育高產糧食作物的科學家來說具有重要科學價值"(Miernyk,2003),而且是"CaM涉及熱激反應的最重要的例子。"(Bouché,2005)

本項目發表論文111篇,其中37篇被SCI收錄,65篇共計被SCI他引238次。78篇中文論著被CSCD 他引464次。出版了我國首部"細胞信號轉導"一書,被他引172次。至今已出三版重印六次,印刷上萬冊。對推動和引領國內細胞信號轉導學科發展產生重要影響。部分成果曾四次獲省部級1,2等獎。主持人曾獲何梁何利科技進步獎。

主要發現點: 1、核心發現點

1) 在細胞外鈣調素研究方面,首先發現細胞外廣泛存在鈣調素并具有廣譜功能,從而提出"胞外鈣調素可能是植物中有重要意義的多肽或蛋白類生長發育調節物質"的原創性學術觀點。這不僅是重要信號分子CaM研究方面,而且是植物生長調節物質研究的重要創新和突破。盡管細胞外蛋白與基因研究方法上有其特殊性及難度,但相關研究仍已達到分子遺傳學及蛋白質研究層次。(論文1,3,6,7,10,13,14,17,18,23)(植物生理學)

2) 在細胞外鈣調素研究方面,采取生物化學、生物物理學、細胞生物學及分子遺傳學方法,深入地研究了其跨膜機理,證明G蛋白、PI-PLC/IP3系統、Ca2+可通透性離子通道及細胞表面結合位點等可能參與其中。這不僅支持細胞外鈣調素是多肽或蛋白調節物質的觀點,而且也促進了植物G蛋白、PI-PLC/IP3系統等領域的研究。(論文4,12,17,18,24)(植物生物化學)

3) 在細胞內鈣調素研究方面,提出"植物中存在一條新的鈣-鈣調素熱激信號轉導途徑"的原創性學術觀點。這是目前采取分子遺傳學方法證實并提出的第一個較完整系統的熱激信號轉導途徑。對理解植物對高溫的反應機制和植物抗逆性育種有重要意義。此外,這項工作也進一步證實了植物中存在PLC/IP3途徑。(論文2,5,8,9,11,19)(植物細胞學 )

2、其他重要發現點

提出"生物中存在細胞內/外雙功能(兼性)信使,這是一種具有普遍意義和規律性的生物學現象"的創新學術觀點,它是細胞內外、群體細胞間信息交流多樣性的表現,而且具有重要發育生物學意義。( 論文18)

主要完成人: 孫大業

項目主持人,在各主要發現點中均作出主要貢獻:

1)發現點1中提出" 胞外鈣調素可能是植物中有重要意義的多肽或蛋白類生長發育調節物質"的原創性學術觀點。(論文1,3,6,7,10,13,14,17,18,23)

2)發現點2中提出"植物中存在一條新的鈣-鈣調素熱激信號轉導途徑"的原創性學術觀點。(論文2,5,8,9,11)

3)發現點3中深入地研究其跨膜機理,證明G蛋白、PI-PLC/IP3系統、Ca2+可通透離子通道 及細胞表面結合位點等可能參與其中。(論文1,3,4,12,17,18,24)

4)重要發現點中提出"生物細胞中存在細胞內/外雙功能(兼性)功能信使,是一種具有普遍意義和規律性的生物學現象"的創新學術觀點。(論文18)

在本項目投入工作量占本人總工作量的80%。

周人綱

在本項目的核心發現點2中提出"植物中存在一條新的鈣-鈣調素熱激信號轉導途徑"的原創性學術觀點。這是目前首次提出的較完整系統的熱激信號轉導途徑。對理解植物對高溫的反應機制和植物抗逆性育種有重要意義,而且這項工作也證實植物中存在PLC/IP3途徑。(論文2,5,8,9,11,19)

在本項目投入工作量占本人總工作量的70%。

馬力耕

1) 核心發現點1中參與提出" 胞外鈣調素可能是植物中有重要意義的多肽或蛋白類生長發育調節物質"的原創性學術觀點。(論文1,3, 6,14,17)

2) 核心發現點3中深入地研究其跨膜機理,證明G蛋白可能參與其中。(論文1,3,4,17)

在本項目投入工作量占本人總工作量的70%。

崔素娟

1) 核心發現點1中參與提出" 胞外鈣調素可能是植物中有重要意義的多肽或蛋白類生長發育調節物質"的原創性學術觀點。(論文1, 14)

2) 核心發現點3中深入地研究其跨膜機理,證明G蛋白及細胞表面結合位點等可能參與其中。(論文1, 4)

在本項目投入工作量占本人總工作量的70%。

李冰

在本項目的核心發現點2中參與提出"植物中存在一條新的鈣-鈣調素熱激信號轉導途徑"的原創性學術觀點。這是目前首次提出的較完整系統的熱激信號轉導途徑。(論文2,9,11,19)

在本項目投入工作量占本人總工作量的70%。

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