深圳子科生物報道：來自加州大學河濱分校，華東師范大學生科院的研究人員發(fā)表了題為“The REN4 rheostat dynamically coordinates the apical and lateral domains of Arabidopsis pollen tubes”的文章，揭示了網(wǎng)格蛋白介導的內(nèi)吞調(diào)控擬南芥花粉管頂端膜與側(cè)面膜分子的極性分布及細胞頂端極性生長的分子作用機理。

這一研究成果公布在Nature Communication雜志上，文章通訊作者為加州大學河濱分校楊貞標教授，第一作者為華東師范大學生命科學學院李暉。

快速頂端生長是一種重要的細胞極性生長模式，表現(xiàn)為細胞的生長和伸長主要集中于頂端并形成長條形的管狀結(jié)構(gòu)，這一生長模式有助于細胞快速感知并傳遞胞外信號，與胞外進行物質(zhì)交流，讓細胞穿透狹窄的細胞間隙并進行長距離定向生長。例如動物神經(jīng)細胞、微生物真菌、植物根毛及花粉管等都利用頂端快速生長模式行使功能。單倍體植物花粉管細胞具有結(jié)構(gòu)簡單、生長快速、可體外培養(yǎng)等優(yōu)點，使得其成為研究細胞頂端生長的重要模式材料。

近年來，國內(nèi)外對調(diào)控花粉管極性生長的分子機理進行了大量研究，研究表明植物特有的分子開關(guān)Rho　GTPase　家族成員ROP1介導的信號通路在細胞極性生長調(diào)控的過程中發(fā)揮了極其重要的作用。其中，建立和維持活性ROP1在快速頂端生長的花粉管質(zhì)膜區(qū)的動態(tài)分布非常關(guān)鍵，但如何維持ROP1在花粉管頂端質(zhì)膜極性分布的分子機理仍不清楚。

在這篇文章中，研究人員首次創(chuàng)建化學遺傳學的篩選方法并分離鑒定到ROP1增強子突變體ren4，發(fā)現(xiàn)在低濃度微絲去聚合化合物LatB的作用下，突變體中花粉管頂端質(zhì)膜分布的活性ROP1的擴展至側(cè)面區(qū)域，導致ren4花粉管膨大，表明了細胞骨架與REN4協(xié)同互作調(diào)節(jié)ROP1信號通路。

REN4編碼了一個WD40結(jié)構(gòu)的Scaffold蛋白，該類蛋白介導了蛋白蛋白之間的互作。李暉等人通過酵母雙雜交的篩選發(fā)現(xiàn)REN4與側(cè)面膜定位的內(nèi)吞Adaptor　ENTH家族成員EAP1互作，進一步發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格蛋白介導的內(nèi)吞途徑在花粉管中與REN4共定位于側(cè)面膜區(qū)域，且EAP1過表達減弱了REN4在側(cè)面膜上的分布，導致REN4抑制花粉管萌發(fā)及生長的表型得以恢復(fù)。

REN4通過與內(nèi)吞adpator　EAP1和ROP1互作激活了REN4與ROP1在頂端膜與側(cè)面膜臨界區(qū)的內(nèi)吞，維持了REN4和ROP1在花粉管質(zhì)膜中的極性分布。這些實驗研究結(jié)果也通過數(shù)學模擬模型加以證實，模型動態(tài)模擬結(jié)果表明REN4作為時空變阻器限制了頂端質(zhì)膜ROP1的時空分布并且穩(wěn)定了花粉管的頂端生長及其擺動 。

這項研究成果結(jié)合了遺傳學、細胞生物學和數(shù)學模擬模型等研究方法，以擬南芥花粉管為模式系統(tǒng)，首次發(fā)現(xiàn)了快速頂端生長細胞的側(cè)面膜極性因子REN4和頂端膜極性因子活性ROP1互作激活網(wǎng)格蛋白介導的內(nèi)吞發(fā)生，建立并維持這些作用因子的極性分布，闡明了植物小G蛋白ROP1、細胞骨架與胞吞作用endocytosis共同形成調(diào)節(jié)花粉管極性生長的細胞與分子反饋調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。這些發(fā)現(xiàn)將為研究其它物種快速頂端生長細胞的作用機理提供重要的參考和借鑒意義。

原文標題：

The REN4 rheostat dynamically coordinates the apical and lateral domains of Arabidopsis pollen tubes