PNAS∣李磊研究組在凱氏帶形成的分子機(jī)制研究中取得進(jìn)展
2020年6月23日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李磊研究組在PNAS雜志在線發(fā)表了題為“Laccase3-based extracellular domain provides possible positional information for directing Casparian strip formation in Arabidopsis”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)擬南芥漆酶家族成員LAC3在根部內(nèi)皮層細(xì)胞胞外形成特異的表達(dá)域，與凱氏帶質(zhì)膜定位蛋白CASP共同提供凱氏帶的定位信息。
在植物根部內(nèi)皮層細(xì)胞垂周和橫向細(xì)胞壁的特定區(qū)域，形成以木質(zhì)素為主要組分的凱氏帶，阻斷物質(zhì)運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)外體途徑，使得營養(yǎng)物質(zhì)只能通過共質(zhì)體途徑才能進(jìn)入中柱并向上運(yùn)輸。此前報(bào)道，凱氏帶質(zhì)膜定位蛋白CASP、受體激酶SGN1和SGN3及其配體CIF小肽、過氧化物酶PER64等蛋白參與凱氏帶的建立。凱氏帶與動(dòng)物細(xì)胞緊密連接的不同之處在于，細(xì)胞壁從物理上隔離了相鄰細(xì)胞的質(zhì)膜。那么，相鄰內(nèi)皮層細(xì)胞如何跨過細(xì)胞壁產(chǎn)生并識(shí)別彼此的位置信息？
為解答上述問題，研究者通過基因表達(dá)譜發(fā)現(xiàn)漆酶基因LAC3特異表達(dá)在內(nèi)皮層細(xì)胞。利用proLAC3::LAC3-eGFP轉(zhuǎn)基因報(bào)告材料，發(fā)現(xiàn)LAC3在凱氏帶發(fā)育的整個(gè)過程中都圍繞著CASP表達(dá)域以及木質(zhì)素域（圖1）。運(yùn)用化學(xué)遺傳方法抑制漆酶表達(dá)后，研究者發(fā)現(xiàn)凱氏帶變得更加彌散且在靠近皮層一側(cè)出現(xiàn)依賴SGN3通路的異位木質(zhì)素沉積，同時(shí)發(fā)現(xiàn)CASP1的定位也失去清晰邊界而變得更加彌散。以上結(jié)果提示LAC3可能在胞外確定凱氏帶的位置信息，與CASP蛋白相互配合，從而指導(dǎo)形成極性定位的凱氏帶結(jié)構(gòu)。
北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李磊研究員和中科院生物物理研究所蔡華清研究員為本文的共同通訊作者，李磊課題組CLS博士研究生莊嚴(yán)為本文第一作者。該項(xiàng)目受到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。
原文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/06/18/2005429117
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