清華大學(xué)生命學(xué)院黃善金課題組在iScience上發(fā)文報(bào)道花粉管微絲高級(jí)結(jié)構(gòu)控制新機(jī)制
2019年5月24日，清華大學(xué)生命學(xué)院黃善金課題組在Cell期刊新推出的子刊iScience上在線(xiàn)發(fā)表了題為“微絲成束因子之間的平衡控制花粉管微絲結(jié)構(gòu)”（The Balance between Actin Bundling Factors Controls Actin Architecture in Pollen Tubes）的研究論文。該論文綜合生物化學(xué)、遺傳學(xué)和活體成像技術(shù)揭示了在擬南芥花粉管中維持微絲成束因子FIM5和PLIM2a/PLIM2b之間的平衡對(duì)于產(chǎn)生正常的微絲結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。
花粉管生長(zhǎng)為兩個(gè)不能運(yùn)動(dòng)的精細(xì)胞提供運(yùn)輸載體，最后將精細(xì)胞送到胚珠完成開(kāi)花植物的雙受精過(guò)程?；ǚ酃苌L(zhǎng)非常快速，探討花粉管生長(zhǎng)調(diào)控機(jī)制一直是植物生殖生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域重要的科學(xué)問(wèn)題。與花粉管快速生長(zhǎng)相匹配的是花粉管中存在著旺盛的由微絲骨架系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的細(xì)胞質(zhì)環(huán)流現(xiàn)象。目前對(duì)于花粉管胞質(zhì)環(huán)流現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)如下：即一些囊泡或細(xì)胞器以微絲骨架為軌道在花粉管中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)理論框架中，產(chǎn)生和維持有序的微絲結(jié)構(gòu)是推動(dòng)胞質(zhì)環(huán)流的基礎(chǔ)。花粉管如何控制這些有序微絲結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生得到了人們的廣泛關(guān)注，大部分的研究集中在解析某一個(gè)或某一類(lèi)微絲成束因子的功能和作用機(jī)制上，對(duì)于不同類(lèi)微絲成束因子如何協(xié)作調(diào)控花粉管微絲結(jié)構(gòu)幾乎一無(wú)所知。
黃善金課題組前期的研究發(fā)現(xiàn)擬南芥FIM5作為重要的微絲成束因子在花粉管中穩(wěn)定微絲并控制其空間排布，進(jìn)而控制胞質(zhì)環(huán)流和花粉管生長(zhǎng)（Plant Cell, 2010; J Exp Bot., 2016; J Biol Chem., 2016）。但在研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)缺失FIM5的花粉管中充滿(mǎn)了大小比較均勻的微絲束，這個(gè)現(xiàn)象不太容易從丟失一個(gè)微絲成束因子的角度對(duì)fim5突變體花粉管中出現(xiàn)的微絲結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行合理的解釋。當(dāng)時(shí)推測(cè)一些生化性質(zhì)各異的微絲成束因子在fim5突變體花粉管中功能替代了FIM5產(chǎn)生了異常的微絲排布。為了找到這些功能替代的微絲成束因子，當(dāng)時(shí)進(jìn)一步的假設(shè)是那些與FIM5生化性質(zhì)各異的微絲成束因子的轉(zhuǎn)錄水平在fim5突變體花粉中可能發(fā)生了改變?；谠摷僭O(shè)，黃善金課題組對(duì)fim5突變體和野生型花粉的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)微絲成束因子PLIMs的轉(zhuǎn)錄水平在fim5突變體花粉中顯著上調(diào)。后續(xù)的實(shí)驗(yàn)證明PLIMs蛋白的功能上調(diào)確實(shí)是造成fim5突變體花粉管中微絲結(jié)構(gòu)缺陷的其中一個(gè)重要的原因。綜合本論文中的研究結(jié)果，表明維持FIM5和PLIMs之間的平衡對(duì)于花粉管槽部產(chǎn)生正常的微絲束結(jié)構(gòu)至關(guān)重要（見(jiàn)下圖）。本研究增進(jìn)了人們對(duì)胞內(nèi)微絲高級(jí)結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制和花粉管生長(zhǎng)調(diào)控機(jī)理的理解，并為未來(lái)深入解析不同微絲成束因子之間的功能協(xié)作和機(jī)制奠定了良好的基礎(chǔ)。
FIM5和PLIMs之間的平衡對(duì)于花粉管產(chǎn)生正常微絲結(jié)構(gòu)至關(guān)重要
清華大學(xué)生命學(xué)院黃善金研究員為本文的通訊作者，黃善金課題組已畢業(yè)博士張瑞輝、已出站博士后屈曉璐和已畢業(yè)博士張孟為本文的共同第一作者。本研究得到了清華大學(xué)生命學(xué)院王宏偉實(shí)驗(yàn)室以及首都師范大學(xué)于榮實(shí)驗(yàn)室的大力幫助。本課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。
原文閱讀：https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(19)30163-4
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