厦大最新《Science》文章：植物细胞自由钙离子周期性振荡成因

　　

生物通报道：厦门大学一课题组对困扰科学界多年的植物细胞自由钙离子周期性振荡的成因作出了最新的解释，在植物应对环境刺激研究领域取得了突破性的进展。3月9日美国出版的第315期《科学》杂志上发表以教育部****、厦门大学特聘教授裴真明博士为通讯作者，生命科学学院教授郑海雷博士为共同第一作者的研究报告“拟南芥胞质钙离子周期性振荡与钙受体——三磷酸肌醇途径相偶联”。这是厦大第三篇发表在《科学》杂志的论文。（华人学者顶级文章回顾 ）

在美国出版的《科学》杂志是世界科学界公认的顶级权威学术刊物，这次《科学》杂志用四个版面的篇幅以研究论文（Research Report）的形式发表了厦大课题组的这项研究成果。

钙是生物体不可或缺的重要元素，钙除了作为结构性物质构成骨骼或植物细胞壁外，细胞质内还存在着大量的自由钙离子，这些钙离子被称为“细胞信使”，它参与并调节着从单细胞到多细胞生物的许多重要生理生化和信号转导过程，从而影响到生物的生长发育。科学家们发现，在某些动物神经细胞，胞内自由钙离子的浓度具有周期性振荡的现象，而植物中，同样的振荡现象也更加普遍，但造成这种现象的原因一直以来都是世界植物生物学研究领域的热点和难点。

该课题组以一种名为“拟南芥”的小草为实验植物，应用细胞生物学、植物生理学、生物化学、遗传学和分子生物学等研究方法和技术，揭示了植物细胞内自由钙离子周期性振荡的成因。2003年，裴真明教授首次发现在植物细胞表面存在一种能感受环境中钙浓度的“感受器”叫做钙受体，并成功克隆了钙受体基因，这项发表在《自然》杂志上的成果，为此项研究奠定了基础。

该课题组的研究表明，当土壤中的钙被具有周期性变化特征的蒸腾流带到植物体内后，它就被钙受体所感知，通过钙受体～三磷酸肌醇途径，三磷酸肌醇就会“告知”细胞内的钙库，让它释放钙离子，从而引起细胞内自由钙离子的周期性振荡。振荡的幅度受土壤钙离子浓度和蒸腾速率的影响；而振荡的周期受气孔导度的影响。

这一成果的重要科学意义在于揭示了具有“细胞信使”之称的胞内自由钙离子水平受到环境中钙含量和植物自身钙受体的影响，如果环境中的钙发生剧烈变化或者自身钙受体发生突变，都将通过钙受体～三磷酸肌醇途径严重干扰“细胞信使”，即胞内自由钙离子水平，从而引起一系列生长发育后果。

郑海雷说，该成果对农业和林业将具有巨大的潜在应用价值，人们可以通过改变环境中的钙水平或钙受体～三磷酸肌醇途径来调节由不良环境因素，如干旱、冷害、环境污染等引起的胞内自由钙离子水平的变化，从而使植物的生长发育回到正常的轨道上来。相关的研究并未就此止步，目前课题组正在组织实施与钙受体有关的另一个项目，可望从理论上解释酸雨影响下森林衰退的分子机理。酸雨被称为森林的癌症，可造成植物体内和土壤中钙的大量流失，引起森林植被的大面积死亡。我国已成为世界第三大酸雨严重污染区。项目计划通过对不同类型森林植物钙受体的克隆和对比研究，评估它们对酸雨敏感性差异的原因，寻找增强植物抗酸雨能力的方法和途径。

裴真明和郑海雷简介

裴真明，男，1964年4月生，山西人。

主要学术经历

1986年7月毕业于兰州大学生物系获学士学位；
1985，7 – 1987，8 在山西生物研究所工作；
1990，7 毕业于复旦大学生物化学系，获硕士学位；
1993，7在中国科学院上海植物生理研究所获博士学位；
1993，7 – 2000，6分别在中国科学院上海植物生理研究所、美国加州大学圣迭哥分校生物系从事博士后研究工作；
2000，7 – 至今，担任美国杜克大学生物系助理教授；
2002，5——今 受聘为首都师范大学和厦门大学生物系特聘教授。

主要专业工作经历

1987-1990 硕士生, 复旦大学: 植物的抗病机理研究
1990-1993 博士生, 中科院上海植物生理所: 植物离子通道与抗盐机理的研究
1993-1994 助 研, 中科院上海植物生理所: 植物离子通道与光合作用机理的研究
1994-1999 博士后, 加州大学 圣地亚哥分校(美国): 植物离子通道信号传递的分子遗传机理
1999-2000 研究助理教授, 加州大学 圣地亚哥分校(美国): 植物信号传递功能基因组研究
2000-现在 助理教授, 杜克大学 (美国): 植物钙信号传递, 一氧化氮作用机理研究
2001-现在 特聘教授, 首都师大和厦大

获奖和获基金资助情况：

美国自然科学基金保卫细胞钙离子通道的调控机理30 (万美元)。
美国北卡生物技术中心植物一氧化氮作用的分子遗传研究6(万美元)。
美国杜克大学启动基金植物离子通道及信号转导60 (万美元)。
首都师大启动基金植物抗逆境信号转导机理30万元。

郑海雷简介：

1966年出生，理学博士，教授。

教育部第二届全国高等学校环境科学教学指导委员会生态学指导组秘书、中国生态学会教育委员会委员、中国民主促进会福建省委员会委员、《植物科学进展》编委等。

曾参加过10多项国家自然科学基金面上及重点项目、中国科学院重点及重大科学项目、农业部、教育部及其他横向科研项目。目前主持国家自然科学基金2项。

主要从事植物生理学、植物生态学。环境植物学和植物生理生态学方面的研究。目前的研究兴趣主要在红树等耐盐植物生理生态学、稀土元素生理效应研究等方面。

已在国内外重要刊物发表论文30余篇，合著专著1部，获福建省科技进步奖三等奖1项，主讲本科生、硕士生和博士生课程。