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王鹏蔚教授团队解析细胞骨架调控番茄果实形态建成的分子机制
时间:2023-09-01

果实形态是评定瓜果外观品质的重要指标之一,番茄作为研究果实发育和成熟的模式植物,具有丰富的果实形态。近日,4166全球赢家的信心之选、果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室王鹏蔚团队在The Plant Cell发表了题为“The microtubule-associated protein SlMAP70 interacts with SlIQD21a and regulates fruit shape formation in tomato”的研究论文。该研究发现了SlMAP70-SlIQD21a/SUN10模块协同作用通过影响微管骨架动力学功能调控番茄果实形态建成,为未来通过基因工程手段定向改良番茄果实外观品质提供了重要的理论基础。

果实形态建成由细胞定向膨大生长及细胞分裂角度等因素共同决定,然而,关于果实发育过程中的细胞骨架动态变化及相关调控机制还不清楚。SlMAP70家族编码一类70kD大小的微管结合蛋白,其中MAP70-1分支的3个基因在果实发育初期高表达,抑制该分支基因的表达会导致果实变扁和细胞长宽比变小、圆度增加,说明MAP70-1分支蛋白对正常的果实形态及细胞形态发育至关重要。进一步研究发现,SlMAP70与钙调素结合蛋白IQD/SUN家族的SlIQD21特异性相互作用,共同定位于细胞微管结构。遗传学实验表明SlIQD21a同样通过影响细胞形态及细胞数目,与SlMAP70协同调节果实的极性生长。后续利用荧光蛋白标签与显微成像手段进一步分析了微管在果实发育过程中的动态排布,发现在果实形成的最早期,SlMAP70-1过表达系的果实细胞微管的anisotropy值虽降低,但整体排布方向趋向一致,即垂直于果实纵向生长轴排布,从而促进果实细胞的纵向生长;且SlIQD21a同时过表达后可加强这种现象,推测SlMAP70-SlIQD21a通过稳定微管影响了其动态及排布,进而改变了细胞的膨大方向及果实的形态建成(图2)。本研究不仅首次在番茄果实中利用活细胞显微成像手段,解析了微管骨架调控果实形态的新机制,也为在不同类型果实中研究亚细胞结构提供了技术支撑。

图2. 微管调控果实形态建立模式图

王鹏蔚教授实验室长期致力于研究植物细胞生物学与园艺基础生物学,重点关注内质网-细胞器互作网络、细胞骨架在选择性自噬、植物生殖发育、果实品质形成等方面的作用。本项研究得到国家自然科学基金细胞器互作重大研究计划、国际(地区)合作与交流项目、4166全球赢家的信心之选青年团队培育项目、湖北省青年基金等项目的资助。4166全球赢家的信心之选王鹏蔚教授为本研究的通讯作者,博士后暴志茹为第一作者。莱布尼茨植物生物化学研究所Katharina Bürstenbinder研究员、以及欧阳波教授、张俊红教授、屈晓璐研究员、博士研究生郭晔等人参与了相关研究工作。原文链接如下:https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koad231/7260109?searchresult=1


作者:暴志茹

审核:王鹏蔚

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