微生物所在细胞骨架调控植物细胞形态建成领域再获进展

在国家自然科学基金项目(项目编号:31571378、31501088)等资助下,中国科学院微生物研究所植物基因组学国家重点实验室孔照胜研究组在细胞骨架调控植物细胞形态建成方面再获新进展,通过遗传学、活细胞显微成像及数学模拟阐释了一个通过拮抗微管切割来调控微管骨架动态重构与细胞形态建成的新机制。研究成果以 Augmin Antagonizes Katanin at Microtubule Crossovers to Control the Dynamic Organization of Plant Cortical Arrays(《在微管交叉点处 Augmin 通过拮抗 Katanin 介导的切割来控制植物周质微管动态组织》)为题,于 4 月 12 日在《当代生物学》(Current Biology)上发表。孔照胜为该文章通讯作者,博士研究生王光达为第一作者。

在植物细胞形态建成中,细胞骨架通过调控细胞分裂方向与细胞生长模式发挥决定性作用,因此,研究细胞骨架的时空特性与动态调控是全面解析植物细胞形态建成机制的关键。特别是在细胞生长方面,植物细胞形成特异的周质微管骨架 (Cortical Microtubule Arrays),紧贴于细胞质膜内侧、呈二维平行排列,为细胞壁中纤维素微纤丝的合成提供轨道,从而调控细胞生长与形态建成。微管呈高度动态特性,不断进行活跃的重组,形成了特异的微管列阵,以响应发育和外界信号。植物细胞如何组装微管骨架并精确调控其动态构象一直是植物细胞生物学领域的一个重大科学问题。课题组之前的研究发现了 Augmin 复合体控制植物细胞微管的起始组装的机制(Current Biology, DOI:10.1016/j.cub.2014.09.053);解码了 Katanin 复合体控制微管精准切割的机制(EMBO Journal, DOI:10.15252/embj.201796823);揭示了微管骨架与微丝骨架协同调控叶表皮毛细胞形态建成的机制(eLife, DOI: 10.7554/eLife.09351)。后续研究进一步发现 augmin 复合体除了介导微管成核之外,还有一个之前从未报道过的功能:负向调控由切割酶 katanin 介导的微管切割。活细胞显微成像发现 augmin 更倾向于定位在微管交叉点上,并且通过抑制 katanin 的切割、稳定微管交叉构象,来调控微管动态重组与细胞形态建成(图)。进一步通过遗传和数学模拟分析解析了 augmin 调控微管动态组织的作用机制(动图)。

上述研究在活细胞水平、以四维空间视角阐释了植物细胞形态建成中微管骨架的时空特性与精巧调控机制,揭示了 augmin 复合体在调控植物细胞微管动态组织与细胞形态建成方面的一个新机制。该研究结果为系统解析植物细胞形态建成机制的细胞调控机制提供了重要理论依据。

论文链接

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图:Augmin 调控植物微管骨架动态重组与细胞形态建成。

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动图:数学模拟 augmin 调控微管动态组织。

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