拟南芥AtGCP5的功能研究

微管骨架在植物细胞的形态维持、分裂、生长和分化等过程中都扮演了必不可少的调控角色。微管这些功能的实现与其特定的胞内组织紧密相关，植物细胞如何对微管的排布实现调控人们还知道甚少。植物细胞缺乏中心粒那样在形态上可识别的微管组织中心，表明植物细胞与动物细胞在微管组织方式上可能很不一样。植物细胞具有保守的负责微管成核的γ-微管蛋白复合体,实验证明它在微管成核方式上确实与动物细胞中的方式不同,人们也因此提出在已有微管上起始成核的植物γ-微管蛋白复合体作用模型。目前植物γ-微管蛋白复合体如何调控微管组装的深入机理还不是很清楚，尤其各亚基在调控复合体自身组织和活性方面的功能和潜在机制还不是很清楚。本项目拟对拟南芥γ-微管蛋白复合体的一个亚基AtGCP5的功能进行研究，阐明其在调控γ-微管蛋白复合体自身组装和微管成核活性上的功能。该研究将加深人们理解植物γ-微管蛋白复合体调控微管成核和微管胞内组织的机理。

微管骨架的有序组织和动态变化对于植物体正常的生长发育至关重要。我们对拟南芥微管成核组织者γ-微管蛋白复合体的一个亚基AtGCP5a的生物学功能进行研究，发现AtGCP5a可能通过调控γ-微管蛋白复合体的组装和（或）稳定性控制微管骨架组织，进而影响细胞分裂以及后续的生长发育。我们首先利用拟南芥KNOLLE基因启动子构建了胚胎细胞微管骨架活体探针，显微镜观察发现该探针能够清晰标记不同胚胎发育时期胚胎细胞中的微管骨架，这为之后相关研究的开展奠定了基础。利用AtGCP5a缺失表达的两个T-DNA插入突变体，实验结果表明：AtGCP5a的缺失导致胚胎细胞形状异常，胚胎发育滞后。进一步的观察发现突变体心形期、鱼雷期和子叶期胚胎各原基的大部分细胞均呈现出规律的平行排布，其中一些细胞中的微管表现为辐射状排布，这与野生型胚胎细胞微管骨架排布显著不同。突变体的根细胞形态异常，免疫荧光标记微管蛋白结果表明突变体根尖分裂期细胞微管排布的异常比例大大超过野生型。通过对叶片表皮铺板细胞中新生微管起始生长的过程进行追踪，结果发现突变体细胞中在已有微管上新生微管成核的角度明显要小；而γ-微管蛋白复合体其中一个核心亚基AtGCP2的蛋白含量显著下降，暗示AtGCP5a功能缺失影响了γ-微管蛋白复合体其它成员的稳定性以及γ-微管蛋白复合体的组装和维持。