中科院微生物所孔照勝課題組在細胞骨架調控植物細胞形態建成領域獲新進展

在植物細胞形態建成中，細胞骨架通過調控細胞分裂方向與細胞生長模式發揮決定性作用，因此，研究細胞骨架的時空特性與動態調控是全面解析植物細胞形態建成機制的關鍵。特別是在細胞生長方面，植物細胞形成特異的周質微管骨架(Cortical Microtubule Arrays)，緊貼於細胞質膜內側、呈二維平行排列，為細胞壁中纖維素微纖絲的合成提供軌道，從而調控細胞生長與形態建成。微管呈高度動態特性，不斷進行活躍的重組，形成了特異的微管列陣，以響應發育和外界信號。植物細胞如何組裝微管骨架並精確調控其動態構象一直是植物細胞生物學領域的一個重大科學問題。

2018年4月12日，中國科學院微生物研究所植物基因組學國家重點室孔照勝研究組在國際主流期刊Current Biology上在線發表了題為「Augmin Antagonizes Katanin at Microtubule Crossovers to Control the Dynamic Organization of Plant Cortical Arrays」的研究論文。該研究通過遺傳學、活細胞顯微成像及數學模擬闡釋了一個通過拮抗微管切割來調控微管骨架動態重構與細胞形態建成的新機制。

孔照勝課題組之前的研究發現了augmin複合體控制植物細胞微管的起始組裝（微管成核）的機制(Current Biology, DOI:10.1016/j.cub.2014.09.053)；解碼了katanin複合體控制微管精準切割的機制(EMBO Journal, DOI:10.15252/embj.201796823)；揭示了微管骨架與微絲骨架協同調控葉表皮毛細胞形態建成的機制(eLife, DOI: 10.7554/eLife.09351)。後續研究進一步發現augmin 複合體除了介導微管成核之外，還有一個之前從未報道過的功能：負向調控由切割酶katanin介導的微管切割。活細胞顯微成像發現augmin更傾向於定位在微管交叉點上，並且通過抑制katanin的切割、穩定微管交叉構象，來調控微管動態重組與細胞形態建成（圖）。進一步通過遺傳和數學模擬分析解析了augmin調控微管動態組織的作用機制（動圖）。

圖：Augmin調控植物微管動態組織與細胞形態建成

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動圖：數學模擬Augmin調控微管動態組織

上述研究在活細胞水平、以四維空間視角闡釋了植物細胞形態建成中微管骨架的時空特性與精巧調控機制，揭示了augmin複合體在調控植物細胞微管動態組織與細胞形態建成方面的一個新機制。該研究結果為全面解析植物細胞形態建成機制的細胞調控機制提供了重要理論依據。

博士研究生王光達為第一作者，孔照勝研究員為該文章通訊作者。該研究得到國家自然科學基金項目、中科院「百人計劃」啟動基金及植物基因組學國家重點實驗室自主研究課題經費的資助。

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