中国农业大学李岩课题组揭示肌球蛋白Myosin XI-B调控花粉管顶端囊泡运输的作用机制

    2021年9月24日，The Plant Journal在线发表了中国农业大学生物学院植物生理学与生物化学国家重点实验室李岩教授团队题为“Myosin XI-B is involved in the transport of vesicles and organelles in pollen tubes of Arabidopsis thaliana”的研究论文。

    该研究报道了肌球蛋白myosin XI-B可能主要通过与囊泡和过氧化物酶体结合以驱动它们在花粉管中的运动。

    肌球蛋白XI（myosin XI）可以沿着肌动蛋白微丝移动，通常被认为能够驱动植物细胞中的原生质流动与细胞器运动。

    拟南芥基因组中共有13种myosin XI，基于目前的研究结果，归纳出三种myosin XI与其驱动细胞器之间关系的模型：（1）myosin XI直接与细胞器结合，并驱动它们沿微丝主动运动；（2）myosin XI与内质网（ER）结合并驱动其运动，而其他细胞器则通过与ER结合进行被动运动；（3）少数细胞器通过直接与myosin XI结合而产生原生质流动，进而引起其他细胞器的被动运动。

    阐明植物myosin XI与细胞器结合的确切分子机制是目前亟需解决的重要科学问题之一。

    花粉管是一种顶端生长的细胞，细胞器和囊泡沿花粉管垂直轴快速移动，这种运动对于维持细胞器分布和花粉管顶端囊泡的积累必不可少。

    一般而言，细胞器和囊泡沿微丝运动是由特定结合的肌球蛋白驱动的，因此，肌球蛋白的研究是了解花粉管中细胞器和囊泡的运动机制所必需的。

    拟南芥基因组中有6个主要在成熟花粉中表达的myosin XI基因，说明它们可能在花粉萌发和生长中发挥重要作用。

    最近研究发现，myosin XI-E与线粒体、过氧化物酶体和高尔基体部分共定位，拟南芥myosin xi-c/e双突花粉管中线粒体的运动和分泌囊泡的积累受抑制，另外，myosin XI-E可回补myosin xi-c/e双突的花粉管生长缓慢和种子缺陷表型。

    囊泡运输对于花粉管顶端生长至关重要，然而，myosin XI与花粉管中囊泡运输之间的关系尚不清楚。

    该研究中作者对获得的myosin xi-b/e双突进行表型观察发现，其角果长度明显短于野生型WT，结实率显著减少，并且花粉管在体外和体内的生长均受抑制。

    花粉特异性过表达结果显示，myosin XI-B可回补myosin xi-b/e双突表型（图1）。

    图1. Myosin XI-B-GFP可恢复myosin xi-b/e-2双突表型荧光漂白恢复（FRAP）实验结果发现，花粉管分泌囊泡的荧光标记物GFP-AtRabA4d在myosin xi-b/e双突花粉管顶端的荧光恢复速度和程度明显低于WT（图2）。

    除影响囊泡运动外，双突花粉管中的过氧化物酶体运动也受到显著抑制，高尔基体堆层和线粒体运动速度的下降程度相对较小，而内质网流动与WT相比几乎无明显变化。

    mCherry-AtRabA4d、mCherry-PTS1分别与myosin XI-B-GFP共表达后的荧光观察结果表明，myosin XI-B与花粉管中的囊泡和过氧化物酶体共定位（图3）。

    图2. FRAP分析GFP-AtRabA4d标记的花粉管顶端囊泡运输图3. MyosinXI-B-GFP和mCherry-AtRabA4d共定位于拟南芥花粉管中上述研究结果支持植物myosin XI与相应细胞器结合，并驱动其沿微丝主动运动的观点。

    Myosin XI-B是在拟南芥中发现的首个能同时结合分泌囊泡和过氧化物酶体的myosin XI。

    基于myosin XI-C/E双突对线粒体、高尔基体堆层和过氧化物酶体的运动有较大影响，推测myosin XI-B与XI-E的合作可能高度参与了拟南芥花粉管中过氧化物酶体和囊泡的运输，而XI-E与XI-C的合作可能高度参与高尔基体堆层、线粒体和过氧化物酶体的运输。