Plant Physiol. | 华中农业大学王鹏蔚课题组揭示番茄果实形态建成调控新机制

植物细胞骨架由微丝和微管组成。在细胞分裂过程中，微管快速重组成早前期带、纺锤体、成膜体等特殊结构，为染色体分离、细胞壁合成提供驱动力和物质运输轨道，在细胞板方位决定和植物器官的形态建成中至关重要。果实形态是园艺产品重要的外观品质，其受细胞分裂及膨大方向共同决定，番茄果实在授粉完成后进入活跃的细胞分裂增殖期，但微管如何参与果实细胞分裂并影响其形态建成的分子机制尚不清楚。

近日，华中农业大学果蔬种质创新与利用国家重点实验室王鹏蔚教授课题组在Plant Physiology在线发表了题为“Microtubule-associated proteins MAP65-1 and SUN18/IQD26 coordinately regulate tomato fruit shape by affecting cell division”的研究论文，揭示了微管结合蛋白MAP65-1与钙调素结合蛋白SUN18/IQD26相互作用调控番茄果实细胞分裂方向影响果实形态建成的分子机制。

王鹏蔚课题组一直关注细胞骨架在器官形态发育过程中的调控作用。前期发现钙调素结合蛋白SUNs拟通过不同的调控路径参与番茄果实形态的建成，其中SUN10/IQD21a与微管结合蛋白MAP70-1相互作用通过调控番茄果实发育过程中的CMT排布模式影响细胞形态及最终的果实形态建成（Bao et al., 2023, Plant Cell）。此外， IQD2可以与微丝结合蛋白NET3C、微管马达蛋白KLCR组成复合体，参与内质网-质膜互作与细胞骨架结构建立，影响植物细胞形态建成（Zang et al., 2021, Current Biology）。

该研究通过创造一系列微管结合蛋白的功能缺失突变体，发现map65-1突变体番茄的果实纵向伸长，FSI指数增加；而sun18突变体番茄果实横向生长，FSI指数降低。通过遗传学等实验手段进一步证实了MAP65-1与SUN18相互作用呈加性效应,协同调控番茄果实的形态建成。后续研究发现，SUN18/IQD26能够直接与MAP65-1蛋白进行互作，且二者同时定位于前体带、纺锤体、成膜体等参与细胞分裂活动的特殊微管结构，暗示二者可能通过细胞分裂影响果实形态建成。MAP65-1功能缺失后果实内果皮细胞偏向于横向分裂；而SUN18功能缺失后内果皮细胞偏向于纵向分裂；MAP65-1与SUN18功能共同缺失后，番茄果实形态恢复为野生型（图1）。表明，MAP65-1与SUN18的表达共同决定细胞分裂方向及番茄果实的最终形态。

图1. MAP65-1与SUN18共同决定番茄果实细胞分裂方向

综上，该研究揭示了番茄钙调素结合蛋白SUN18与MAP65-1相互作用调控番茄果实细胞分裂方向及形态建成的分子机制，为SUN/IQD家族成员通过多路径调控番茄果形提供了数据支撑，也为番茄果实果形外观品质育种提供了理论依据。

华中农业大学王鹏蔚教授为论文通讯作者，湖北工程学院暴志茹博士(原华中农业大学博士后)为论文第一作者，欧阳波教授和屈晓璐研究员也参与指导了相关工作。该研究得到国家自然科学基金、园艺国家重点实验室、湖北洪山实验室、湖北省青年自然基金等项目的资助。

参考文献：

Bao Z, Guo Y, Deng Y, Zang J, Zhang J, Deng Y, Ouyang B, Qu X, Bürstenbinder K, Wang P. Microtubule-associated protein SlMAP70 interacts with IQ67-domain protein SlIQD21a to regulate fruit shape in tomato. Plant Cell. 2023, koad231.

Zang J, Klemm S, Pain C, Duckney P, Bao Z, Stamm G, Kriechbaumer V, Bürstenbinder K, Hussey PJ, Wang P. A novel plant actin-microtubule bridging complex regulates cytoskeletal and ER structure at ER-PM contact sites. Curr Biol. 2021, 31(6):1251-1260.e4.

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiad586