拟南芥微管结合蛋白CSI1维持微管稳定性并调控根和花药的发育

3月16日，植物科学研究权威期刊Plant Cell在线发表了研究所植物分子遗传国家重点实验室薛红卫研究组的最新研究成果：拟南芥ARCP蛋白---CSI1通过结合微管，维持微管稳定性并调控根和花药的发育。(Yu Mei, Hong-Bo Gao, Ming Yuan and Hong-Wei Xue. The Arabidopsis ARCP Protein, CSI1, Which Is Required for Microtubule Stability, Is Necessary for Root and Anther Development. Plant Cell; DOI 10.1105/tpc.111.095059. 梅钰和高泓博为并列第一作者)

微管是由α、β微管蛋白异二聚体通过非共价键形成的管状结构。微管结合蛋白通过调控微管的排列以及聚合-解聚状态，在许多生理活动（如细胞形态与结构、胞质流动、细胞分裂、细胞极性生长、细胞壁构建、细胞分化、信号转导等等）中起到调控作用。近年来报道了一系列植物微管结合蛋白，它们可以调控植物微管骨架的动态和组织, 以及微管与其他细胞结构间的连接, 从而在植物细胞的形态、分化和植物的生长、发育、适应逆境等生理过程中起作用，为解释很多植物特异的生理过程的分子机理提供了很大的帮助。

该研究通过遗传学筛选得到了一个花药不能正常开裂的突变体，表型分析发现该突变体花药细胞形态和形状发生异常，根以及幼苗发育发生异常，细胞形态建成紊乱，表现出类似很多微管异常突变体的表型。功能分析突变基因编码一个植物特有的包含ARM重复序列以及C2结构域的蛋白。该蛋白被命名为CSI1，且报道与纤维素合成酶复合体相互作用并参与纤维素合成的调控。突变体中微管的稳定性下降，逆境下微管的解聚加速，且重新聚合的速度减慢，表明CSI1可能通过影响微管的稳定性而影响了细胞形态建成，进而导致了花药以及幼苗生长方面的异常。通过体内免疫荧光共定位以及体内免疫共沉淀的方法，证明了CSI1在体内可以与微管相互作用。体外表达CSI1蛋白，能够与纯化的聚合态微管相互作用，进一步证明了CSI1是一个微管结合蛋白。此外，逆境下CSI1蛋白随处理的时间发生动态的变化。这些结果揭示了含有植物特有的ARM重复-C2结构域的CSI1蛋白在维持微管稳定性以及花药发育等生理过程中的作用，同时也提示CSI1可能参与纤维素合成酶沿微管运动的调控，为纤维素合成的调控机制研究提供了有价值的线索。(薛红卫 供稿)