EMBO Journal | 中科院微生物所孔照胜团队揭示花丝伸长的分子细胞机制

责编 | 王一

2022年12月22日，中科院微生物研究所孔照胜课题组在The EMBO Journal上发表了题为“Brassinosteroid Signals Cooperate with Katanin-Mediated Microtubule Severing to Control Stamen Filament Elongation”的研究论文，揭示了油菜素内酯信号通路整合katanin复合体介导的微管切割，控制雄蕊花丝快速伸长、成功完成授粉的分子细胞机制。

植物如何调控生殖器官发育是生殖生物学领域最重要的科学问题之一，也是植物生产种子繁衍后代和农业生产的基础。显花植物的花包含雌蕊和雄蕊两种生殖器官，花丝伸长是雄蕊发育后期的关键事件，是雄蕊成功将花粉送达雌蕊柱头、完成授粉的先决条件。植物周质微管控制细胞壁合成中新生纤维素微纤丝的沉积，从而调控植物细胞生长及极性。微管骨架具有高度动态特性，不断进行活跃的重构，以响应时刻变化的发育和外界环境信号。

研究显示花丝伸长受油菜素内酯、生长素、茉莉酸等多种植物激素协同调控。然而迄今尚不清楚植物激素如何调控微管骨架动态，进而控制花丝快速伸长、成功完成授粉。该研究有代表性地选取了几类重要的微管结合蛋白，它们分别执行不同功能，包括成核、切割、成束等。观察发现了一个十分有趣的现象：在众多微管结合蛋白编码基因突变体中，仅微管切割缺陷突变体 （lue1和ktn80.1234） 表现出特异的花丝伸长受限表型 （图1A和B） 。微管切割蛋白Katanin是植物微管动态重组的核心蛋白，该课题组的前期工作已揭示了Katanin复合体介导微管精准切割及动态调控微管重组的分子细胞机制 （EMBO Journal, 2017；Current Biology, 2018） 。此研究中作者发现lue1和ktn80.1234雄蕊花丝细胞微管切割受阻，导致微管骨架紊乱，花丝伸长受抑制 （图1C和D） 。

图1. 微管切割缺失突变体表现出特异的花丝伸长缺陷

有趣的是，katanin基因受油菜素内酯诱导表达；油菜素内酯信号通路核心转录因子---BZR1家族转录因子编码基因的五突变体qui-2也表现出雄蕊花丝伸长受限表型。进一步研究发现BZR1家族转录因子转录激活katanin基因表达，通过调控微管切割来精准调控雄蕊花丝的伸长，成功将花药送达雌蕊柱头，完成授粉 （图2） 。

图2. 油菜素内酯信号通路调控微管切割，控制雄蕊花丝伸长模式图

孔照胜组的在读博士生王杰、特别研究助理王光达博士和已毕业博士生刘魏魏为文章的共同第一作者，中国科学院微生物研究所/山西农业大学孔照胜研究员为通讯作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所的薛勇彪研究员，广州大学生命科学院黎家教授也参与了本项研究。本研究得到了国家杰出青年科学基金及植物基因组学国家重点实验室自主研究课题经费的资助。

论文链接：

https://www.embopress.org/doi/abs/10.15252/embj.2022111883