【科研进展】郁飞课题组在植物微管细胞骨架排布的调控机制方面取得新进展

近日,郁飞课题组在JIPB发表了题为“ABNORMAL SHOOT 6 interacts with KATANIN 1 and SHADE AVOIDANCE 4 to promote cortical microtubule severing and ordering in Arabidopsis ”的研究论文。该研究揭示了植物细胞周质微管有序排布和细胞定向伸长调控的新机制。

植物细胞形态建成受到发育、激素和环境信号的复杂调节。细胞骨架在植物细胞形态建成调控中发挥关键作用。植物细胞中,周质微管的排列方式和动态变化与植物细胞伸长的方向密切相关。一般认为,平行有序排列的周质微管阵列导致细胞以垂直于微管阵列的方向伸长。近年来,在拟南芥中的一系列研究表明,周质微管阵列的组织排布与微管切割蛋白复合体Katanin的p60催化亚基Katanin 1(KTN1)的功能密切相关,KTN1介导的微管切割促进周质微管的有序排布。但目前对于植物微管细胞骨架排布的调控机制的理解仍然十分有限。

在这项研究中,为了鉴定植物细胞定向伸长的调控因子,以子叶形态变化作为细胞伸长方式变化的外在表征开展了遗传筛选。在激活标签突变体库中,研究人员发现一个功能获得型的激活标签突变体abnormal shoot 6-1D  (abs6-1D )具有细长子叶表型。在细胞层次上,abs6-1D 子叶表皮细胞沿着叶片近-远轴定向伸长,表皮细胞周质微管形成有序平行排布的微管阵列,而野生型中子叶表皮细胞没有特定的伸长方向,周质微管的方向随机分布。

abs6-1D 中ABS6 基因的表达激活导致植物细胞和器官的定向伸长。ABS6 基因编码一个IQ67 DOMAIN (IQD)家族的微管结合蛋白。进一步,通过能够抑制abs6-1D 子叶伸长表型的遗传逆转突变体的筛选,发现ABS6促进细胞定向伸长和微管有序排布的功能依赖于KTN1和SHADE AVOIDANCE 4 (SAV4)。通过转盘共聚焦Time-lapse成像对活细胞中周质微管动态变化进行分析,发现abs6-1D 中周质微管的切割频率显著提高,而sav4-2 功能缺失突变体中,周质微管的切割频率显著下降,这表明ABS6和SAV4都是微管切割的正调控因子。通过体内和体外的生化实验发现,ABS6与KTN1和SAV4之间都存在直接的物理互作,并且ABS6促进KTN1和SAV4的微管定位。对功能缺失型突变体的研究表明,ABS6、SAV4和KTN1共同调控暗中生长的黄化苗顶端弯钩对植物激素乙烯的响应。通过这些工作,提出了ABS6与SAV4和KTN1互作,协同调控周质微管切割和有序排布,促进植物细胞定向伸长的分子作用模型,进一步加深了对植物微管排布动态变化调控机理的认识。

西北农林科技大学生命科学学院博士研究生李远凤为该论文的第一作者,郁飞教授和刘夏燕教授为该论文的通讯作者,该研究得到国家自然科学基金和西北农林科技大学“双一流”旱区作物与逆境生物学学科群的资助。

编辑：黄海瀛
终审：马闯