拟南芥MAP190的功能和作用机制分析

The plant cytoskeleton is a dynamics protein framework consists of two major cytoskeletal systems, the actin cytoskeleton and microtubules, which regulates various physiological cellular processes as well as plant growth and development. To fulfill these physiological cellular functions, the actin cytoskeleton and microtubules are often coordinated. However, the molecular mechanism underlying their coordination remains poorly understood. To characterize the functions and mechanisms of action of some proteins that are capable of binding to both actin filaments and microtubules is going to provide insights into the underlying mechanism of the coordination of both cytoskeletal systems, which will enrich our knowledge of the functions of the plant cytoskeleton. MAP190 is a protein that is able to bind to both actin filaments and microtubules, however, how MAP190 coordinates the interaction between those two cytoskeletal systems remains unknown. In particular, we know nothing about the functions of MAP190 in vivo. This project aims to dissect the functions and mechanisms of action of MAP190 using Arabidopsis as the experimental system. The related study is going to provide clues regarding the functions and mechanisms of action of MAP190 and will enrich our knowledge of the functions and mechanisms of action of the coordination between the actin cytoskeleton and microtubule systems.

植物细胞骨架主要由微管和微丝两个系统组成，在细胞内形成三维的动态蛋白纤维网络，参与调控重要的细胞生理学过程和植物的生长发育。在许多细胞生理学过程的实现过程中，微丝和微管系统往往需要相互协作，但人们对微丝和微管的协作机制和细胞学功能还了解甚少。对一些既能和微丝结合也能和微管结合的蛋白进行功能鉴定将有助于人们理解微丝和微管的协作机制，加深对微丝和微管生物学功能的理解。MAP190是一个既能和微丝结合也能和微管结合的蛋白并使它们形成高级结构，但MAP190介导微丝和微管互作的生化机制不明确，尤其是到目前为止，人们对MAP190的体内功能几乎未知。本项目拟以拟南芥为材料，对MAP190的具体生化作用机制以及其胞内功能进行详细解析。相关研究将有助于我们理解MAP190的生理学功能和作用机制，对于增进理解微丝和微管互作机制和功能具有重要的科学理论意义。

本项目的主要研究内容是解析植物特异的MAP190蛋白介导微丝和微管互作的分子机制以及MAP190的生理功能。通过本项目的工作，发现MAP190分别能和微丝和微管互作并使它们分别形成高级束状结构；而且MAP190能够同时结合微管和微丝，形成高级的结构，表明MAP190在分别调控微丝和微管的动态组装上扮演功能以外，可能在胞内微管和微丝两大细胞骨架系统之间的互作也扮演重要的角色。另外，本项目细化了MAP190与微丝互作的结构域，为进一步阐明MAP190发挥功能的生化作用机制和细胞机制奠定了良好的基础。还有，本项目对MAP190的可能生理功能进行了分析。首先观察了MAP190的组织表达情况，发现其在分裂旺盛的组织中高度表达。MAP190的功能缺失突变体表现为细胞分裂和扩张出现异常，进而造成胚胎发育、根的发育以及植物营养生长向生殖生长转换的过程出现异常。本项目发现MAP190主要定位在细胞核中。与之相对应的是，本项目发现MAP190功能缺失引起基因表达和mRNA截切出现缺陷。这为解释MAP190功能缺失为什么出现了多种发育表型提供了解释。最后，通过酵母双杂交的实验，本项目发现MAP190和许多细胞核定位的蛋白包括一些转录因子互作，这为进一步解析为什么MAP190功能缺失引起了基因表达和mRNA截切出现缺陷奠定了良好的基础。总之，通过本项目的工作，加深了人们对植物生长发育调控机制的理解，具有重要的科学理论意义和潜在的农业生产实践应用价值。