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项目名称: 植物细胞内/外钙调素的功能及其信号转导机理

推荐单位: 河北省

项目简介: 本项目属植物细胞信号转导研究领域。动物中普遍存在多肽与蛋白类激素。但在植物中,传统上认为不存在多肽及蛋白质类生长调节物质。而且钙调素(Calmodulin, CaM)一直被公认为是细胞内Ca2+信使的传感蛋白。本项目从80年代开始研究细胞外钙调素的存在、功能与跨膜信号转导机理,提出了"胞外钙调素是植物生长发育中重要的广谱性多肽/蛋白调节信号分子"的新学术观点,这不仅是重要信号分子CaM研究方面,而且是植物生长调节物质研究方面的重要创新与突破。跨膜信号转导机理研究对开拓花粉异三聚体G蛋白与肌醇磷脂途研究有重要意义。这些工作被评价为"河北师范大学孙大业实验室发表了中国国内工作的首篇The Plant Cell论文"(邓兴旺,2006)"建立了非常有益的引导类似试验的拟南芥花粉管体系,为G蛋白研究提供了很好的模式(Assmann,2002) "。 "…势将为植物细胞生物学作出卓越贡献,…并可能开拓一个新研究领域" (Plant Sci编委,1994)。在国际上产生较大影响。

在细胞内钙调素研究方面,首次提出了一条较完整的热激信号转导钙-钙调素途径,是一项原创性研究成果。它不仅对了解CaM的功能及热激反应的调节具有重要意义,而且对证实植物中存在肌醇磷脂信号转导途径的研究也十分重要。相关工作被评价为"首次提出了Ca2+和CaM涉及植物细胞的热激信号转导这一非常重要的观点。…对那些正试图提高植物的抗逆性的研究者以及那些正在通过传统育种或生物技术方法培育高产粮食作物的科学家来说具有重要科学价值"(Miernyk,2003),而且是"CaM涉及热激反应的最重要的例子。"(Bouché,2005)

本项目发表论文111篇,其中37篇被SCI收录,65篇共计被SCI他引238次。78篇中文论著被CSCD 他引464次。出版了我国首部"细胞信号转导"一书,被他引172次。至今已出三版重印六次,印刷上万册。对推动和引领国内细胞信号转导学科发展产生重要影响。部分成果曾四次获省部级1,2等奖。主持人曾获何梁何利科技进步奖。

主要发现点: 1、核心发现点

1) 在细胞外钙调素研究方面,首先发现细胞外广泛存在钙调素并具有广谱功能,从而提出"胞外钙调素可能是植物中有重要意义的多肽或蛋白类生长发育调节物质"的原创性学术观点。这不仅是重要信号分子CaM研究方面,而且是植物生长调节物质研究的重要创新和突破。尽管细胞外蛋白与基因研究方法上有其特殊性及难度,但相关研究仍已达到分子遗传学及蛋白质研究层次。(论文1,3,6,7,10,13,14,17,18,23)(植物生理学)

2) 在细胞外钙调素研究方面,采取生物化学、生物物理学、细胞生物学及分子遗传学方法,深入地研究了其跨膜机理,证明G蛋白、PI-PLC/IP3系统、Ca2+可通透性离子通道及细胞表面结合位点等可能参与其中。这不仅支持细胞外钙调素是多肽或蛋白调节物质的观点,而且也促进了植物G蛋白、PI-PLC/IP3系统等领域的研究。(论文4,12,17,18,24)(植物生物化学)

3) 在细胞内钙调素研究方面,提出"植物中存在一条新的钙-钙调素热激信号转导途径"的原创性学术观点。这是目前采取分子遗传学方法证实并提出的第一个较完整系统的热激信号转导途径。对理解植物对高温的反应机制和植物抗逆性育种有重要意义。此外,这项工作也进一步证实了植物中存在PLC/IP3途径。(论文2,5,8,9,11,19)(植物细胞学 )

2、其他重要发现点

提出"生物中存在细胞内/外双功能(兼性)信使,这是一种具有普遍意义和规律性的生物学现象"的创新学术观点,它是细胞内外、群体细胞间信息交流多样性的表现,而且具有重要发育生物学意义。( 论文18)

主要完成人: 孙大业

项目主持人,在各主要发现点中均作出主要贡献:

1)发现点1中提出" 胞外钙调素可能是植物中有重要意义的多肽或蛋白类生长发育调节物质"的原创性学术观点。(论文1,3,6,7,10,13,14,17,18,23)

2)发现点2中提出"植物中存在一条新的钙-钙调素热激信号转导途径"的原创性学术观点。(论文2,5,8,9,11)

3)发现点3中深入地研究其跨膜机理,证明G蛋白、PI-PLC/IP3系统、Ca2+可通透离子通道 及细胞表面结合位点等可能参与其中。(论文1,3,4,12,17,18,24)

4)重要发现点中提出"生物细胞中存在细胞内/外双功能(兼性)功能信使,是一种具有普遍意义和规律性的生物学现象"的创新学术观点。(论文18)

在本项目投入工作量占本人总工作量的80%。

周人纲

在本项目的核心发现点2中提出"植物中存在一条新的钙-钙调素热激信号转导途径"的原创性学术观点。这是目前首次提出的较完整系统的热激信号转导途径。对理解植物对高温的反应机制和植物抗逆性育种有重要意义,而且这项工作也证实植物中存在PLC/IP3途径。(论文2,5,8,9,11,19)

在本项目投入工作量占本人总工作量的70%。

马力耕

1) 核心发现点1中参与提出" 胞外钙调素可能是植物中有重要意义的多肽或蛋白类生长发育调节物质"的原创性学术观点。(论文1,3, 6,14,17)

2) 核心发现点3中深入地研究其跨膜机理,证明G蛋白可能参与其中。(论文1,3,4,17)

在本项目投入工作量占本人总工作量的70%。

崔素娟

1) 核心发现点1中参与提出" 胞外钙调素可能是植物中有重要意义的多肽或蛋白类生长发育调节物质"的原创性学术观点。(论文1, 14)

2) 核心发现点3中深入地研究其跨膜机理,证明G蛋白及细胞表面结合位点等可能参与其中。(论文1, 4)

在本项目投入工作量占本人总工作量的70%。

李冰

在本项目的核心发现点2中参与提出"植物中存在一条新的钙-钙调素热激信号转导途径"的原创性学术观点。这是目前首次提出的较完整系统的热激信号转导途径。(论文2,9,11,19)

在本项目投入工作量占本人总工作量的70%。

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