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【编辑推荐】为阐明植物细胞分裂平面定位机制，研究人员聚焦 PHRAGMOPLAST ORIENTING KINESIN 2（POK2），发现其通过 C 端微管结合位点和磷脂静电互作实现皮质区定位，揭示了前中期微管阵列对 POK2 极化的必要性，为解析植物细胞分裂调控网络提供新视角。
植物细胞的精准分裂是维持植物体生长发育的核心事件，其关键在于分裂平面的正确选择与细胞板的精确组装。在植物细胞中，皮质分裂区（Cortical Division Zone, CDZ）的建立依赖于前期带（Preprophase Band, PPB）微管阵列的引导，而 PHRAGMOPLAST ORIENTING KINESIN 1/2（POK1/2）作为 CDZ 的核心组分，在维持分裂位点功能和指导成膜体扩展中扮演重要角色。然而，POK 蛋白如何被招募至 CDZ 并维持其极化状态，以及前期带微管阵列在这一过程中的具体作用机制，长期以来尚不完全明确。
为解决这些科学问题，德国埃尔朗根 - 纽伦堡大学（Friedrich-Alexander-Universit?t Erlangen-Nürnberg）与图宾根大学（Eberhard Karls Universit?t Tübingen）的研究团队围绕 POK2 蛋白的定位机制展开深入研究。相关成果发表于《Nature Communications》，揭示了 POK2 通过双结构域互作实现皮质区精准定位的分子机制，为理解植物细胞分裂的空间调控提供了关键线索。
研究团队主要采用了以下技术方法：
- 蛋白质截短与突变分析：构建 POK2 不同截短体（如 ΔCt、#2、#7 等）和点突变体（如 RK6A），通过绿色荧光蛋白（GFP）标记观察其在烟草 BY-2 细胞和拟南芥根分生组织中的定位。
- 体外结合实验：利用微管共沉淀实验、蛋白质 - 脂质结合分析（PIP strips、脂质包裹磁珠）验证 POK2 与微管及磷脂的直接互作。
- 活细胞成像与免疫荧光：通过激光共聚焦显微镜追踪 POK2 在细胞周期中的动态分布，并结合免疫荧光染色分析微管阵列与 POK2 定位的相关性。
- 突变体分析：在 trm678（前期带缺陷突变体）和 pok1pok2 双突变体背景下，观察 POK2 定位异常对细胞分裂方向和组织形态的影响。
结果分析
1. POK2 C 端包含次级微管结合位点
通过截短体分析发现，POK2 的 C 端片段（Ct, 2083-2771 aa）对其定位至前期带和 CDZ 至关重要。进一步截断表明，片段 #2（2503-2670 aa）可直接结合微管，且在间期和分裂期细胞中呈现微管样丝状分布。体外微管结合实验证实，GST-POK2 #2 能与罗丹明标记的微管共沉淀，提示其通过次级微管结合位点与微管直接互作。然而，仅含微管结合位点的截短体无法在前期带解聚后维持 CDZ 定位，表明还需其他结构域参与膜锚定。
2. 静电互作介导 POK2 与质膜的锚定
POK2 C 端最后 100 个氨基酸（#1 片段）含有多碱性结构域（Polybasic Domain, PBD），可通过非特异性静电作用结合磷脂酰肌醇磷酸（PI (3) P、PI (4) P 等）和磷脂酸（PA）。突变 PBD 中的碱性氨基酸（如 RK6A）导致 POK2 在中期后从 CDZ 丢失，且膜结合能力显著下降。此外，POK2 #7 片段（2267-2379 aa）通过潜在的 amphipathic helix 与磷脂互作，与 PBD 形成双重膜锚定机制，共同维持 POK2 在质膜的稳定结合。
3. 前中期微管阵列是 POK2 极化的前提
在前期带缺陷突变体 trm678 中，POK2 的皮质定位呈现随机性，其极化依赖于前中期皮质微管的有序排列。微管解聚药物处理导致 POK2 无法招募至皮质区，表明微管结合是其定位的必要条件。进一步研究发现，POK2 在 trm678 细胞中的异常定位与微管阵列的各向异性降低相关，提示前期带微管的密度和排列方向直接影响 POK2 的皮质模板形成。
4. POK2 的皮质定位对细胞板正确组装不可或缺
通过互补实验发现，缺失微管结合位点的 POK2 截短体（Δ#4）虽能定位于成膜体中带，却无法挽救 pok1pok2 突变体的细胞分裂方向异常，表明皮质区 POK2 对成膜体引导至关重要。在 trm678 背景下敲除内源性 POK 基因后，细胞板融合异常加剧，证实皮质定位的 POK2 通过支架功能维持 CDZ 组分（如 TANGLED、RanGAP1）的聚集，确保分裂位点的完整性。
结论与讨论
本研究揭示了 POK2 在植物细胞分裂中的双重定位机制：通过 C 端次级微管结合位点锚定至前中期微管阵列，再借助 PBD 和 amphipathic helix 与质膜磷脂静电互作，最终实现 CDZ 的极化。前期带微管不仅是 POK2 招募的物理模板，其有序排列还决定了 POK2 在皮质区的精准定位，这一过程对后续成膜体导向和细胞板正确插入至关重要。
研究结果修正了 “前期带非必需” 的假说，强调其作为分裂位点 “分子记忆” 载体的核心作用，并为解释 trm678 等突变体的表型提供了机制依据。此外，POK2 与磷脂的非特异性互作表明，CDZ 的维持可能不依赖特定脂质组成，而是通过静电作用实现动态锚定，这为理解植物细胞皮质区的可塑性提供了新方向。
该工作系统解析了植物细胞分裂平面定位的关键分子路径，不仅完善了 POK 蛋白的功能模型，也为研究细胞骨架与膜结构互作在发育中的作用提供了范例，对揭示植物组织形态建成机制具有重要意义。
