Nature Plants | 微管相关细胞支架蛋白MIDD1相分离调节拟南芥木质部导管中的细胞壁间距

细胞壁决定了植物细胞的形状和功能。原生细胞壁中的纤维素微纤维通过细胞内的膨压限制细胞膨胀，从而导致细胞垂直于微纤维定向生长。纤维素微纤维沉积的模式在每种细胞类型中都有明确的确定，这使得不同组织中的细胞能够正确成形。皮层微管通过引导纤维素合酶复合物的轨迹来决定细胞壁沉积模式，纤维素合酶复合体在细胞表面合成纤维素微纤维。许多微管相关蛋白(MAPs)可以调节皮层微管的排列，例如，MOR1，RIC1和CLASP等。尽管MIDD1及其类似物已被证实参与调节皮层维管的排列，但在原生木质部细胞分化过程中，决定皮质微管排列的分子机制尚未被完全理解。近日，国际著名期刊Nature Plants在线发表了一篇题为“Microtubule-associated phase separation of MIDD1 tunes cell wall spacing in xylem vessels in Arabidopsis thaliana”的文章。该文作者通过关注原生木质部导管中的MIDD1途径，详细研究了微管排列的机制。结果表明支架蛋白MIDD1通过与超木质部导管中的ROP GTP酶和KINESIN-13A相互作用促进微管耗竭，MIDD1的微管相关相分离促进了微管排列，以调节次级细胞壁中间隙的大小。这项研究揭示了相分离在细胞壁模式微调中的一种新的生物学作用。

作者首先分析了MIDD1和MIDD2突变体对次生细胞壁的影响，结果发现midd1和midd2影响次生细胞壁的凹坑面积以及原生木质部导管的条纹密度。并且，条纹的密度是由皮层微管排列的改变引起的，而不是由假定的细胞生长速度较慢引起的。考虑到MIDD1与KINESIN-13A相互作用，并且MIDD1的表型与kinesin-13a的表型相当，因此，作者推测MIDD1可能通过与KINESIN-13a相互作用来调节凹坑和细胞壁间隙的大小（图1）。

图1 MIDD1调节次生细胞壁间隙的大小

MIDD1通过ROP的活性形式被募集到质膜。作者发现ROP11和ROP7是原生木质部细胞细胞壁带密度的主要调节因子。然而，由于木质部细胞的尺寸较小位置较深，无法详细分析MIDD1和微管的。为了克服这个问题，作者通过VND7异位表达在体外诱导原木质部导管细胞分化，结果发现微管排列在midd突变体中被减弱，在分化的早期阶段，mid1斑点促进了细胞壁间隙区域的微管损耗（图2）。

图2 mid1斑点诱导的VND7GR细胞微管突变。

随后，作者发现微管收缩产生新的MIDD1斑点，并且新出现的MIDD1斑点沿着收缩的微管的轨迹出现。通过这些观察结果推断，MIDD1斑点不是内膜小泡，而是通过MIDD1的液-液相分离（LLPS）形成的蛋白质液滴（液体状冷凝物）。大量的MIDD1液滴反过来诱导微管的大规模解聚，从而调节微管之间的间隙大小。MIDD1液滴也在分化木质部导管中发现，这表明MIDD1相分离是原生木质部和后生木质部导管细胞壁间距的常见机制（图3）。MIDD1缩合物表现出快速周转，并且对1，6-己二醇敏感，ROP的损失消除了MIDD1的凝结，并导致原木质部导管中细胞壁间隙变窄。这一结果表明ROP直接在间隙区域形成MIDD1斑点，并且MIDD1将KINESIN-13A结合到斑点中。

图3 微管收缩触发mid1凝结

最后作者提出ROPs通过诱导微管间隙中MIDD1–KINESIN-13A斑点的形成来促进微管的分解，这种调节途径促进微管中的间隙形成，以微调细胞壁带的密度。

图4 MIDD1相分离形成微管带隙模式的示意图

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41477-023-01593-9

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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