张彦课题组在《Plant Physiology》发表文章
发布时间: 2015-12-11 浏览次数: 64

20151211日,张彦实验室在《Plant Physiology》上在线发表题为“Arabidopsis RhoGDIs are critical for cellular homeostasis of pollen tubes”的研究文章。该论文报道了小G蛋白ROP的调节因子鸟苷酸解离抑制因子GDIs在调控花粉管极性与导向性生长中的作用。

ROP(Rho-related GTPases from plants)是高等植物中特有的一类小G蛋白, Rop GTP结合呈活化状态,当GTP去磷酸化成为GDP时,Rop失去GTPase活性。这一可逆磷酸化过程受鸟苷酸交换因子(Guanine nucleotide exchange factor, GEF)、鸟苷酸解离抑制因子(Guanine nucleotide dissociation inhibitor, GDI)GTPase活化蛋白(GTPase activating protein, GAP)的调节,所以ROP被称为分子开关。它在植物生长、发育、抗逆、抗病和激素信号转导过程中起重要调控作用, 其在极性生长的细胞中也起关键作用,如根毛,花粉管以及叶表皮细胞。

花粉管极性生长的建立和维持是其顺利将精子运输到雌配子体并完成受精的保证。GDIs作为ROP的调控因子,对ROP的动态维持十分关键。GDIs花粉管中的作用不明,拟南芥中编码的3GDI同源基因全部在花粉中表达,在这项研究中,作者通过构建gdi三突,发现它们的缺失导致花粉管的生长受到破坏,花粉管变短变粗,结实率显著降低。进一步利用荧光探针CRIB RIC1标记突变体花粉管中活性小G蛋白发现突变体中活性小G蛋白异位表达,活性形式较于野生型增多,表明活性小G蛋白膜定位的动态调控受到破坏。小G蛋白作为分子开关调控下游许多细胞活动,例如微丝的动态组装,膜泡运输等。作者利用花粉特异性启动子LAT52驱动Lifeact-mEGFP可以清晰的发现:在野生型的花粉管中,微丝能够形成规则的长长的束状结构,在花粉管的顶端可以形成短的微丝束,但在突变体的花粉管中,这些微丝束变得紊乱,不规则,顶端短的微丝束消失,对化学药剂LatB的处理更不敏感。利用YFP-RabA4B标记经高尔基运输的囊泡以及亲脂性染料标记的内吞发现三突的花粉管中内吞外排的平衡被打破。这种内吞外排平衡的破坏影响了花粉管细胞壁组分的沉积等,利用荧光染料和免疫荧光的方法,作者发现细胞壁的组成成分纤维素果胶等在突变体中的积累增多。GDIs调控ROPs的动态定位影响花粉管中许多细胞活动,但GDIs同哪种形式的ROP互作来发挥作用的呢?文章中利用稳定的转基因材料进行了探究,用LAT52启动野生型的ROP5进行过表达,花粉管变短变粗,当过表达ROP5-R69A(不跟GDIs互作的形式)时,花粉管跟野生型没有差异,说明GDIs对于ROP5过表达引起的花粉管表型是十分关键的。当过表达组成型活性形式的ROP5ROP5-G15V)时,花粉管变的膨大,然而在此基础上再做一个点突变变成不跟GDIs结合的ROP5-G15V-R69A时,花粉管却仍旧是膨大的表型,说明GDIsROPs的调控是依赖其水解酶活性的。以上结果可以概述为GDIs通过调节活性ROP在生长中的花粉管顶端的动态定位,从而调控微丝的排列方式,细胞的内吞和外排,以及细胞壁的建成来调控花粉管的极性和导向性生长。

该文章利用分子,细胞和遗传等手段研究了植物中GDIs在花粉管中的重要作用,为以后研究ROPs的动态膜定位提供了新思路。但GDIs如何协同囊泡运输途径等对ROP的调控?还有那些因子参与该过程?GDIs又受到那些因子的调控?这些问题都是该文章并没有解决的,需要继续探究。

张彦实验室博士生冯强楠为该论文的第一作者,共同作者还有康慧、宋士健、葛福荣博士、张玉灵、李恩、李厦博士。张彦教授为该论文的通讯作者。此项工作受到国家重大科学研究计划课题,国家自然科学基金面上项目,山东省自然科学杰出青年项目等项目经费资助。

http://www.plantphysiol.org/content/early/2015/12/11/pp.15.01600.abstract