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我院教师张宏昌副教授在Nature Plants上发表合作文章,揭示了细胞周期相关蛋白的新功能

作者:    来源:     发布日期:2018-07-06     浏览次数:

     

  2018年7月3日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志在线发表了我校旱区作物逆境生物学国家重点实验室、生命学院张宏昌副教授与美国加州大学戴维斯分校柳波教授合作完成的题为“Role of the BUB3 protein in phragmoplast microtubule reorganization during cytokinesis”的研究论文。 该论文解析了细胞周期纺锤体组装检测点组分-BUB3蛋白在成膜体微管细胞骨架调控方面(胞质分裂方面)新的功能及相关的分子机制。

  纺锤体组装检验点(Spindle assembly checkpoint, SAC) 是细胞周期中监控染色体平均分配的重要关卡,它保证在有丝分裂中期细胞的每条染色体的动粒(kinetochore)在连接到纺锤体微管前不会进入后期。而不精确的染色体分离常导致非整倍体细胞的形成,被认为是哺乳动物中癌症和多种遗传性疾病发生的重要标志。尽管SAC组分对于真菌及动物正常生长发育至关重要且其功能相对保守,但植物当中SAC组分及其功能却尚待进一步鉴定和深入解析。

  在高等植物中,成膜体是负责植物胞质分裂的细胞器, 其调控了细胞板的形成。成膜体含有两组反向平行的微管,微管的正端在细胞中央胞质分裂区域,负端则指向分裂细胞的两极,而两组微管的正端相互交迭并通过微管相关蛋白MAP65-3相互交联, 荧光显微成像中,成膜体中间部位常呈现为一个暗带。

  BUB3(Budding uninhibited by benzimidazole 3)是SAC的核心组分,WD40重复序列蛋白,在真菌及哺乳动物中,该基因的突变将导致严重的生长缺陷或致死。拟南芥基因组编码3个BUB3的同源基因(BUB3;1、BUB3;2和BUB3;3),其中BUB3;1与 BUB3;2之间以及与其它物种的同源基因之间在编码蛋白的氨基酸序列上具有高度的一致性,但如此高度保守的基因其突变体植株并无明显的表型缺陷,因此一直以来阻碍了对该基因的进一步研究。

  该研究通过应用胞质分裂的抑制药剂-咖啡因获得了bub3;1 bub3;2双突变体的典型表型,并以此为突破口,运用细胞学结合遗传学及分子生物学方法对BUB3;1与 BUB3;2的生物学功能开展了系统的研究工作。研究发现,BUB3;1与 BUB3;2定位于成膜体中央的中线部位,而非传统的染色体的动粒部位;而这一部位是微管相关蛋白MAP65家族中调控胞质分裂的MAP65-3蛋白的分布部位,MAP65-3是一类微管成束因子,它特异性交联位于反向平行的成膜体微管的正端,以保证其参与成膜体的正常发育;进一步研究表明BUB3;1与 BUB3;2通过与MAP65-3的负责微管结合的C-端结构域相互结合而发生互作,而后者决定了BUB3;1与 BUB3;2的新的定位模式,BUB3;1与 BUB3;2则通过促进MAP65-3与微管的结合力调控了MAP65-3的在成膜体中的特异性定位;然后又证明了BUB3;1与 BUB3;2通过MAP65-3调控了成膜体微管交联的稳定性,进而影响了成膜体的扩展以及细胞板的发育,最终影响了植物细胞的胞质分裂。

  因此,该研究结果整体上揭示了两个功能冗余的细胞周期相关蛋白BUB3在成膜体介导的植物细胞质分裂中的新功能,同时也揭示了不同于蛋白激酶调控细胞骨架相关蛋白MAP65-3的可能的新机制,也预示植物在进化过程中可能获得了不同于真菌及动物当中传统的纺锤体组装监控的分子机制,为通过细胞分裂干预来调控植物生长发育提供了理论基础。

  我校生命科学学院教师张宏昌与四川大学生命科学学院博士生邓星光为该论文的并列第一作者,加州大学戴维斯分校的柳波教授、Yuh-Ru Julie Lee博士为论文的共同通讯作者,我校康振生院士、四川大学的林宏辉教授、广东省农科院孙保娟研究员,以及加州大学戴维斯分校的Sonny Lee Van博士为共同作者。论文第一署名单位为西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室和生命科学学院。《Nature Plants》是植物科学领域重要期刊(IF=11.47),该文是我校职工以第一作者身份,我校为第一署名单位在这一期刊上发表的首篇论文。

  该研究工作得到了“111”项目(B07049)、中央高校基本科研业务费(2452018155)和国家留学基金(201406305055)等项目的资助。

  

  原文链接:https://doi.org/10.1038/s41477-018-0192-z

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