驱动蛋白KCBP在植物周质微管动态重组时的作用机制研究

驱动蛋白(Kinesin)是一类以微管为轨道运动的马达蛋白，在细胞分裂、膜泡运输和细胞器胞内运输方面发挥重要作用。KCBP是一类植物特异的驱动蛋白，拟南芥kcbp/zwi突变体叶表皮毛发育缺陷显示KCBP参与了间期细胞周质微管组织的调控，但还不知道KCBP是否定位于周质微管。棉纤维中KCBP呈串珠状模式点缀于周质微管，但还不了解KCBP在棉纤维发育过程中微管阵列动态重组时的作用机制。鉴于拟南芥表皮毛发育和棉纤维发育的相似性以及微管动态重组在棉纤维发育和棉纤维品质形成过程中极端重要性，本项目拟深入研究KCBP在周质微管中的定位和动态模式，探究kcbp/zwi突变体中微管动态组织缺陷；研究KCBP在棉纤维发育过程中微管动态重组时的作用机制，进一步通过RNAi手段抑制KCBP的表达，以改变棉纤维细胞发育过程中微管组织，进而改变纤维素微纤丝的沉积排列、改变棉纤维品质，为棉纤维遗传改良提供理论指导。

KCBP是一个植物独有的驱动蛋白，一直被认为是进化中产生的一个Kinesin和Myosin嵌合体，kcbp突变体表型也提示该基因应该编码一个同时控制表皮毛分支起始、伸长和变尖的中心枢纽蛋白，但是关于其调控机制的研究一直没有取得突破。本课题运用活细胞显微成像技术，首次观察到KCBP与植物周质微管共定位，并沿着微管以non-processive的模式运动；有趣的是在表皮毛细胞中KCBP不仅呈梯度定位在周质微管上，还在分支顶端的“微管缺失区域”特异地富集，而恰恰在这个顶端区域存在由周质微丝组成的 “微丝帽子”结构；在kcbp-1突变体中钝的分支起始和延伸过程中“微管缺失区域”和“微丝帽子”这些细胞骨架结构则发生缺陷；体外单分子成像证实，KCBP 独有的MyTH4结构域可结合微管，FERM结构域则可结合微丝。上述研究结果揭示了KCBP作为一个中心枢纽蛋白，协调微管与微丝的时空动态组织，从而调控表皮毛的形态建成；此结果也为植物细胞形态建成机制的研究提供重要的理论基础。鉴于拟南芥表皮毛发育和棉纤维发育的相似性以及微管动态重组在棉纤维发育和纤维品质形成过程中的重要性，利用遗传转化手段，我们已获得一系列KCBP表达改变的转基因株系，为进一步棉纤维品质改良打下坚实的基础。.另外，在解析KCBP基因的共表达网络时，发现了Augmin复合体的组分，活细胞显微观察发现Augmin复合体被招募到原有微管上并引发新生微管成核，即新生微管从头形成；而且，Augmin复合体和γTubulin复合体呈现很好的共定位，Augmin复合体可以招募γTubulin复合体到原有的微管上；当其功能受损时，amiR-AUG6细胞中新生微管成核频率急剧下降，分枝形式成核比例下降，成核角度变小，植株整体发育迟缓、形态矮小。此结果证实了Augmin既可以作为一个招募因子起作用、引发微管成核，又可以作为一个联结因子调控微管成核的几何构象；此结果填补了有关Augmin复合体调控真核生物微管成核机制的一项空白。.上述研究表明，KCBP与Augmin复合体在植物周质微管动态组织与细胞形态建成中均发挥了重要的作用，但具体调控机制又不尽相同。有趣的是，KCBP与Augmin复合体在有丝分裂细胞纺锤体微管形成过程中的动态定位模式非常相似，因此，关于KCBP与Augmin复合体在细胞有丝分裂过程中是否有相互作用，还有待于进一步研究。