Current Biology | 生长素通过细胞骨架和细胞形态调节拟南芥胚中的细胞分裂方向

来源：Mol Plant植物科学

2021年10月4日，Current Biology在线发表了瓦赫宁根大学Dolf Weijers和Prasad Vaddepalli团队题为“Auxin-dependent control of cytoskeleton and cell shape regulates division orientation in the Arabidopsis embryo”的研究论文。该团队在之前的研究中发现，在拟南芥的胚中，发育不对称性与细胞形态不对称和子细胞体积不均匀相关。这种细胞分裂特征是源于“最小表面积”分裂规则。然而，在胚中，生长素响应受到抑制会逆转这一分裂规则，但是其中的机制尚不清楚。本文揭示了生长素依赖的控制微管（microtubule，MT）和肌动蛋白的细胞骨架特性与细胞几何相互作用，在植物发育的早期阶段产生不对称分裂。

首先，研究者选取了生长素响应受到抑制的材料RPS5A>>bdl和六突变体tir1/afb12345，了解其胚细胞分裂特性。实验发现，突变体的胚在8细胞和16细胞时期的分裂方向随机性增强（图1）。这说明内源生长素响应可以通过调控分裂方向来促进胚期细胞不对称的分裂。

该团队对内外膜标记基因WOX2pro:BOR1-mCitrine、WOX2pro:mCherry-NIP5;1和胚细胞核膜标记基因WOX2pro:NUP54-GFP进行可视化，并使用MorphoGraphX软件进行分析。结果显示，野生型和bdl突变体两者在细胞极性和细胞核的位置没有区别，这说明细胞极性和细胞核位置与细胞分裂方向没有关系。但是，bdl突变体胚的细胞体积和细胞壁面积显著升高（图2A）。进一步分析发现，bdl突变体4细胞和8细胞时期的胚细胞的径向长度、圆周长度和纵向长度都变大（图2B-C）。另外，细胞长度比值和细胞顶部和底部细胞大小和面积分析结果说明突变体胚细胞形态异常（图2D-E）。因此，生长素通过细胞的形态来影响细胞分裂方向。

随后，对野生型和bdl突变体8细胞期的胚转录组的比较分析发现，细胞骨架相关基因表达变化显著（图3A）。进而观察到，WOX2pro:LifeAct-tdTomato信号分布显示突变体中的F-actin变得异常稀疏，而定量分析表明其在细胞质中的信号增强（图3B）。

于是，该研究团队聚焦于表达显著变化的基因IQD6，以及它的同源基因IQD7和IQD8上。IQD6、IQD7、IQD8在胚中表达，呈丝状聚集在细胞膜附近，与周质微管分布相似。iqd678三突变体的胚细胞的分裂方向发生变化，其分裂方向变异性增强，与bdl突变体相似（图4）。RPS5A>>PHS1△(mNeonGreen-PHS1△) 和RPS5A>> SpvB(SpvB-mNeonGreen)植株（分别相当于细胞骨架中微管蛋白和肌动蛋白发生解聚）表现出与bdl突变体相似的表型。该结果说明了肌动蛋白和微管蛋白共同参与了生长素响应对胚细胞分裂方向的调控作用。