蘭州大學向云課題組揭示囊泡運輸和花粉管生長調控新機制

日期: 2020-09-16 閱讀: 來源:

Rab GTPases在植物極性細胞生長中發揮著關鍵性的作用,其中RabA4亞家族成員在花粉管頂端呈現“倒錐形”的分布【1】。但調控RabA4亞家族成員在花粉管頂端“倒錐形”分布和極性運輸的分子機制仍然不清楚。 P4-ATPases是真核生物特有的一類磷脂內翻酶, 通過利用ATP水解的能量將PC、PE和PS等氨基磷脂從質膜的外側和細胞器膜內側翻轉至細胞的胞質側,從而形成和維持生物膜中磷脂的不對稱分布【2】。除此之外,P4-ATPases也被證明與囊泡的形成,以及囊泡在高爾基體-質膜和內膜系統中的轉運等細胞活動密切相關【3】。目前有關擬南芥中的P4-ATPases(ALAs)是否/如何調控花粉管的極性,以及是否/如何參與建立花粉管中氨基磷脂的極性分布和內膜轉運活動仍不清楚。

2020年8月18日,蘭州大學向云課題組在The Plant Cell發表了題為The Tip-localized Phosphatidylserine Established by Arabidopsis ALA3 is Crucial for Rab GTPase-mediated Vesicle Trafficking and Pollen Tube Growth的研究論文,發現了磷脂酰絲氨酸(PS)的極性分布參與調控Rab GTPase介導的囊泡運輸和花粉管生長。

該課題組篩選了擬南芥ALA家族中花粉管頂端囊泡分布異常的成員,并發現在擬南芥ala3缺失突變體中,FM4-64、YFP-RabA4b和 RFP-RabA4d所標記的頂端“倒錐形”囊泡極性定位急劇減少,主要聚集在亞頂端兩側,并呈無規則運動。藥理學、遺傳學、活體熒光成像等試驗進一步證明,ALA3參與形成和維持了花粉管頂端磷脂酰絲氨酸 (PS) 的“倒錐形”極性分布,并且部分Rab GTPases可以直接結合PS,由此花粉管頂端的PS可能作為信號分子在一定程度上直接調控了部分Rab GTPases家族成員在花粉管頂端的極性定位;同時ALA3也影響了TGN的數量,影響了部分Rab GTPases的分泌速率。

因此,該研究發現ALA3參與建立花粉管頂端PS的極性分布,PS則作為一種潛在的磷脂信號分子,通過直接結合Rab GTPases的方式,參與調控部分Rab GTPases介導的囊泡定位和運輸,在花粉管極性生長過程中起著至關重要的作用。

RabA4d在花粉管中的分布模式及ALA3工作模式圖

蘭州大學生命科學學院和細胞活動與逆境適應教育部重點實驗室的周躍龍博士、楊洋博士和牛月副教授為共同第一作者,向云教授為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金委優秀青年基金和面上項目,以及蘭州大學相關經費的資助。

參考文獻

[1] Szumlanski AL, Nielsen E. The Rab GTPase RabA4d regulates pollen tube tip growth in Arabidopsis thaliana. Plant Cell. 2009;21(2):526-544.

[2] Roland BP, Graham TR. Decoding P4-ATPase substrate interactions. Crit Rev Biochem Mol Biol. 2016;51(6):513-527.

[3] Poulsen LR, López-Marqués RL, McDowell SC, et al. The Arabidopsis P4-ATPase ALA3 localizes to the golgi and requires a beta-subunit to function in lipid translocation and secretory vesicle formation. Plant Cell. 2008;20(3):658-676.

原文鏈接: https://doi.org/10.1105/tpc.19.00844

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