北京大学李磊研究组在凯氏带形成的分子机制研究中取得进展

来源：植物科学最前沿

2020年6月23日，北京大学生命科学学院李磊研究组在PNAS杂志在线发表了题为“Laccase3-based extracellular domain provides possible positional information for directing Casparian strip formation in Arabidopsis”的研究论文。该研究发现拟南芥漆酶家族成员LAC3在根部内皮层细胞胞外形成特异的表达域，与凯氏带质膜定位蛋白CASP共同提供凯氏带的定位信息。

在植物根部内皮层细胞垂周和横向细胞壁的特定区域，形成以木质素为主要组分的凯氏带，阻断物质运输的质外体途径，使得营养物质只能通过共质体途径才能进入中柱并向上运输。此前报道，凯氏带质膜定位蛋白CASP、受体激酶SGN1和SGN3及其配体CIF小肽、过氧化物酶PER64等蛋白参与凯氏带的建立。凯氏带与动物细胞紧密连接的不同之处在于，细胞壁从物理上隔离了相邻细胞的质膜。那么，相邻内皮层细胞如何跨过细胞壁产生并识别彼此的位置信息？

为解答上述问题，研究者通过基因表达谱发现漆酶基因LAC3特异表达在内皮层细胞。利用proLAC3::LAC3-eGFP转基因报告材料，发现LAC3在凯氏带发育的整个过程中都围绕着CASP表达域以及木质素域（图1）。运用化学遗传方法抑制漆酶表达后，研究者发现凯氏带变得更加弥散且在靠近皮层一侧出现依赖SGN3通路的异位木质素沉积，同时发现CASP1的定位也失去清晰边界而变得更加弥散。以上结果提示LAC3可能在胞外确定凯氏带的位置信息，与CASP蛋白相互配合，从而指导形成极性定位的凯氏带结构。

图1. LAC3特异定位于CASP1及凯氏带木质素域的周围