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气孔是植物表面由不对称细胞分裂产生的微小孔隙。气孔前体细胞的不对称分裂或分化是气孔形成的决定性步骤。来自比利时佛兰德斯的生命科学研究所（VIB）和根特大学的科学家们发现了决定气孔前体细胞命运的新机制，论文近日发表于《自然》杂志。
在拟南芥中，科学家们鉴定出了一种支架蛋白——POLAR，并证明了POLAR会将一组GSK3样激酶带到气孔前体细胞极化末端的互作分子伴侣处，以启动不对称细胞分裂。这种通过支架实现的调控作用可能是控制植物中GSK3样激酶功能的常见机制。
Anaxi Houbaert等人在Jenny Russinova博士的指导下研究了气孔的发育。众所周知，GSK3样激酶可以同时促进和抑制气孔的形成，但尚不清楚这种激酶是如何在同一个气孔谱系细胞中存在的。利用VIB-UGent植物系统生物学中心和荷兰瓦赫宁根大学建立的蛋白质相互作用组学方法，研究人员确定了一种植物气孔谱系的特异性支架蛋白——POLAR，它可以调节GSK3样激酶的亚细胞定位。
论文第一作者Anaxi Houbaert解释道:“我们发现，当POLAR和GSK3样激酶共表达时，激酶会定位在质膜，并使气孔前体细胞一侧极化，导致细胞不对称分裂。当POLAR缺失时，激酶就定位在细胞核中，促进细胞的分化。”
支持他们观点的最有力的证据之一来自于配备门控技术的共焦显微镜的研究，这项技术能够使研究人员清除来自叶绿体等细胞器（广泛存在于构成植物叶片表皮的细胞中）的自发荧光，从而极大地提高信噪比，并在叶片发育过程中实现内源性低表达激酶的可视化。
Anaxi Houbaert说：“气孔的发育受到严格的调控，正负反馈环路相互制约，形成一种灵活而又稳健的机制来驱动表皮的发育，但我们却惊喜地发现了POLAR作为一种支架蛋白的作用。我们希望继续研究POLAR家族的功能，并探索类似的支架蛋白是否还调节其它植物组织中GSK3样激酶的活性。”
Jenny Russinova教授说：“我们的研究结果揭示了拟南芥中推动细胞分裂和分化的分子机制。由于GSK3样激酶和POLAR蛋白质家族的同源基因也存在于单子叶植物和双子叶植物中，因此这些同源基因在其它植物中是否具有相同的行为，以及这些基因是否可以作为作物改良的潜在靶点，仍有待研究。
科界原创 编译：花花 审稿：西莫 责编：唐林芳
期刊来源：《自然》
期刊编号：0028-0836
原文链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-11/vfi-rdn111418.php
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