清華新聞網(wǎng)10月24日電 花粉管生長(zhǎng)是開花植物有性生殖過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，為兩個(gè)不能運(yùn)動(dòng)的精細(xì)胞提供運(yùn)輸載體以成功實(shí)現(xiàn)開花植物的雙受精。花粉管采用特殊的尖端生長(zhǎng)模式，即其生長(zhǎng)發(fā)生在花粉管最尖端的部位。這種生長(zhǎng)模式與根毛、蕨類植物的原絲體、真菌菌絲以及動(dòng)物神經(jīng)軸突細(xì)胞的生長(zhǎng)具有相似之處。花粉管的生長(zhǎng)、形態(tài)和極性的維持高度依賴于微絲骨架的動(dòng)態(tài)組裝。在花粉管生長(zhǎng)的過程中，微絲持續(xù)從花粉管頂端的質(zhì)膜聚合并形成特定的胞內(nèi)空間排布，控制花粉管的生長(zhǎng)和導(dǎo)向。清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院黃善金教授課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，formin/profilin（成蛋白/抑制蛋白）元件參與控制花粉管頂端微絲的聚合，但它們的微絲聚合活性在花粉管生長(zhǎng)過程中如何受到嚴(yán)格和精細(xì)的調(diào)控目前并不清楚。
10月16日，黃善金課題組在《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）在線發(fā)表題為“RhoGAP通過抑制formin活性控制擬南芥花粉管頂端微絲聚合”（A RhoGAP Controls Apical Actin Polymerization by Inhibiting Forminin Arabidopsis Pollen Tubes）的研究論文，揭示了Rho GTP酶激活蛋白（RhoGAP）通過抑制formin的微絲聚合功能控制花粉管的極性生長(zhǎng)和形態(tài)維持。
研究人員首先揭示了Rho GTP酶激活蛋白R(shí)EN1（ROP1 enhancer1）的突變會(huì)導(dǎo)致擬南芥花粉萌發(fā)對(duì)微絲解聚劑處理變得不敏感。進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，ren1突變體花粉管展現(xiàn)出了formin功能上調(diào)的表型特征，具體包括花粉管頂端微絲含量增多、微絲成束現(xiàn)象加劇、花粉管頂端膨大以及質(zhì)膜變形等。尤為關(guān)鍵的是，研究人員發(fā)現(xiàn)抑制formin的活性可以有效緩解ren1突變體花粉管的表型缺陷，這表明formin在REN1調(diào)控微絲動(dòng)態(tài)的過程中發(fā)揮著媒介作用。隨后的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，REN1能夠與擬南芥formin蛋白AtFH5發(fā)生直接相互作用，并且AtFH5的功能缺失會(huì)抑制ren1花粉管的表型，這暗示REN1至少部分通過直接抑制AtFH5來調(diào)節(jié)花粉管中的微絲聚合。研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，REN1主要與AtFH5的羧基末端結(jié)合，從而抑制AtFH5在體外促進(jìn)肌動(dòng)蛋白成核和組裝的能力。值得注意的是，AtFH5的羧基末端對(duì)其發(fā)揮微絲聚合活性至關(guān)重要。進(jìn)一步的質(zhì)譜交聯(lián)實(shí)驗(yàn)表明，AtFH5的羧基末端與FH2結(jié)構(gòu)域在空間位置上相互接近，研究人員推測(cè)AtFH5的羧基末端通過與FH2結(jié)構(gòu)域的相互作用來促進(jìn)其微絲聚合活性，而REN1的結(jié)合則影響了AtFH5羧基末端的功能發(fā)揮，進(jìn)而抑制了AtFH5促進(jìn)微絲成核和延伸的活性。該工作不僅對(duì)于理解formin蛋白促進(jìn)微絲成核和延伸的分子機(jī)制以及formin活性的調(diào)控機(jī)制具有重要的科學(xué)意義，同時(shí)也加深了人們對(duì)花粉管生長(zhǎng)調(diào)控的細(xì)胞生物學(xué)機(jī)制的認(rèn)識(shí)。
REN1通過AtFH5的羧基末端調(diào)控其微絲成核和延伸活性
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授黃善金為論文通訊作者，黃善金課題組2016級(jí)博士生徐雅楠和博士后沈江鋒為論文共同第一作者，已出站博士后屈曉璐、已畢業(yè)碩士生李穎超和2019級(jí)博士生王英杰、2017級(jí)博士生伊然參與了該工作。北京師范大學(xué)任海云教授和張毅教授對(duì)研究給予了幫助。研究得到國家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(24)01294-6
供稿：生命學(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：梁晨
編輯：李華山
審核：郭玲
