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本文聚焦植物细胞分裂过程,阐述细胞板(cell plate)由成膜体(phragmoplast)产生,成膜体扩张时微管(microtubules)组织、囊泡运输、膜重塑及寡糖沉积需精确协调。文章还总结了相关信号通路,对深入理解植物细胞分裂机制有重要意义。
引言:成膜体扩张的机制
植物细胞通过构建充满寡糖的二维膜隔室 —— 细胞板进行分裂。细胞板由成膜体产生,成膜体是植物特有的结构,由细胞骨架聚合物、膜和相关蛋白组成。在有丝分裂后期结束时,成膜体最初以圆盘状在子核之间形成,之后持续向外扩张,直至细胞板与亲代细胞壁相连。
成膜体在分裂平面的空间内形成,分裂平面是在 G2 期确定的细胞板预期位置,大致对应中期染色体占据的区域。通常成膜体直径小于分裂平面,因此完成细胞板合成需要成膜体向外扩张,扩张距离可达 1mm。
成膜体扩张过程中,微管发生显著重组。一开始,微管形成短的反平行重叠结构,这种结构通过募集细胞分裂囊泡形式的膜物质,启动细胞板的生物发生。随后的膜扩张和重塑过程伴随着反平行重叠结构的溶解,以及微管与细胞板生物发生机制的连接。寡糖沉积到细胞板腔中,赋予细胞板机械刚性,进而引发微管解聚。微管组织与囊泡运输、膜重塑和寡糖沉积的精确协调,对细胞板的产生起着关键作用。
结论与展望
负责将细胞板合成与微管行为相耦合的信号事件十分复杂,这反映了所有生物过程的调控特点。确定几个整合多种信号通路的枢纽,是在理清这种复杂性方面取得的重要成果。MAP65 蛋白家族整合了丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、极光激酶(Aurora)、周期蛋白依赖性激酶(CDK)以及一些可能依赖磷脂酰肌醇 - 4 - 激酶 β(PI4Kβ)的未知激酶的信号。多种信号通路的协同作用,可防止细胞板提前溶解。未来研究可进一步深入探究这些信号通路的具体作用机制,以及它们之间更为精细的调控网络,这将有助于更全面地理解植物细胞分裂过程。
资金支持
本研究得到了美国国家科学基金会职业发展奖(National Science Foundation CAREER)#1751204 的支持。由于篇幅限制,在此向所有因空间原因未被引用其精彩原创研究的作者表示歉意。
利益冲突声明
作者声明,不存在已知的可能影响本文所报道工作的财务利益冲突或个人关系。